Redis底层数据结构

 摘自为了拿捏 Redis 数据结构，我画了 40 张图（完整版）_redis中的平面-优快云博客

String的底层是（简单动态字符串SDS）

List的底层是（quicklist(双向链表，压缩列表)）

Hash的底层是（listpack，哈希表）

Set的底层是（哈希表，整数集合）

ZSet底层（listpack，跳表）

哈希桶存放的是指向键值对数据的指针（dictEntry*），这样通过指针就能找到键值对数据.

SDS

内容

len：字符串长度，获取字符串长度时间复杂度为O(1)

alloc：分配的空间长度，修改字符串时，通过alloc-len计算剩余空间大小，进而判断剩余空间是否满足，如果不满足，则会自动扩展，无需手动分配也不会出现缓冲区溢出问题

flags：sds类型，表示不同类型的sds，保存不同大小的字符串，节省空间。同时设计__attribute__ ((packed))属性，按照实际字节对齐，节省内存

buf []：字节数据，保存实际数据，不仅可以保存字符串还可以保存二进制数据

优点：高效长度计算，高效修改，二进制安全，节省内存

双向链表

在ListNode基础上再次封装list数据结构

结构：

head：头指针

tail：尾指针，指向最后一个node，因此获取第一个和最后一个node时间复杂度为O(1)

len：节点数量，获取节点数量时间复杂度为O(1)

dup，free，match函数为节点设置类型，因此链表节点可以保存不同类型的值

缺陷：内存不连续，无法很好利用cpu缓存；链表结构内存开销大

压缩列表ziplist

内存紧凑，占用一整块内存空间，可以利用cpu缓存

结构

表头 + entry + 表尾zlend

zlbytes：记录整个压缩链表内存大小；zltail：列表尾偏移量，尾部节点距起始地址字节；zllen：节点数量；zlend，结尾点，0xFF(255)

entry：prevlen：前一个节点长度，如果前一个节点长度小于254字节，那么prevlen属性占用1个字节，否则占用5个字节

encoding：当前entry数据类型和长度，当前节点数据为整数，则使用1字节；为字符串，则根据大小，使用1/2/5个字节

data：数据

优点：节省内存

缺陷：查找复杂度高；连锁更新，重新分配内存，因此适用于节点不多场景

哈希表 hash

数组+哈希桶

优点：以O(1)时间复杂度查询数据

使用链式哈希解决哈希冲突

rehash

Redis定义俩个哈希表

步骤：1.先将数据写入哈希表1，哈希表2此时为分配空间

2.触发rehash时，给哈希表2分配空间，一般是哈希表的两倍

3.将哈希表1数据迁入哈希表2

4.迁移完成，哈希表1空间释放，将哈希表2设置为哈希表1，哈希表1设置为哈希表2

缺陷：如果哈希表1数据量比较大，迁移数据时间长，阻塞Redis

改进：使用渐进式rehash，分多次迁移

触发条件

负载因子 (已保存节点数量/哈希表大小)，当负载因子>=1，并且Redis没有执行RDB快照或AOF时；当负载因子>=5时，不论有没有执行RDB和AOF重写，都会rehash

整数集合 inset

结构

encoding：编码方式

length：元素数量

contents：保存元素的数组

整数集合升级：当集合中的元素元素都是同一种类型时，如int16，那么每个元素就占用16个字节，如果新增元素为int32，那么所有元素都会扩展成int32

优点：节省内存

不支持降级

跳表 zskiplist

多层有序链表，比如一个链表1-》2-》3-》4-》5

头节点有3层，L2，L1，L0

L0层5个节点，L0-》1-》2-》3-》4-》5

L1层3个节点，L1-》2-》5

L2层1个节点，L2-》3

查找4这个节点，先通过L2层查找到3，然后遍历到4，只查找两次

quicklist 

（双向链表+压缩列表）

通过控制链表节点中的压缩列表的大小或元素个数，避免连锁更新问题。

quicklist结构

head（链表头），tail（链表尾），count（所有元素个数），len（quicklistNodes个数）

quiclistNode结构

prev（前一个quicklistNode），next（后一个quicklistNode），zl（压缩列表字节大小），sz（压缩列表元素个数），count（ziplist元素个数）

listpack

特点：节点中不包含前一个节点的长度，从而避免连锁更新

listpack 总字节数

listpack 元素数量

listpack entry包含：encoding（元素编码类型），data（实际存放的数据），len（encoding+data的总长度）