redis五大數據結構：string，hash，list，set，zset(有序集合)

redis底層數據結構：簡單動態字符串(SDS)，鏈表，字典，跳表，整數集合，壓縮列表

底層數據結構詳解：

1.簡單動態字符串：類似于c的結構體，但是SDS擁有記錄已用長度(len)與剩余空間長度(free)，當空間不足時會進行擴容。SDS最后會保存一個空字符

所以SDS獲取字符串長度的時間復雜度為o(1)，SDS自動擴容也不會像C一樣產生溢出

利用未使用空間，SDS擁有空間預分配和惰性空間釋放兩種優化方法。

空間預分配：

修改SDS之后之后，如果len<1MB,將free修改為和len一樣的長度，如果len>=1MB,將free修改為1MB。

例如：str = "redis"

如果拼接str與"cluster",那么修改之后len為5+6=11，11+11+1=23,len/free值都是11，加上最后一個空字符，總長為23。

要是str修改之后大小為20MB，那擴容之后就是20MB+1MB+1byte

將擴容需要的次數從最多n次變為至多n次。

惰性空間釋放：

不會真正釋放內存大小，例如刪除redis中的字符e與d，那么str就變為ris，但是free=2。

這樣減少釋放空間的操作，將來擴容也會減少操作。

tips：SDS有專門的api可以真正釋放空間，不用擔心惰性釋放帶來空間的浪費。

二進制安全

C字符串中的字符必須符合某種編碼（比如ASCII），并且除了字符串的末尾之外，字符串里面不能包含空字符，否則最先被程序讀入的空字符將被誤認為是字符串結尾，這些限制使得C字符串只能保存文本數據，而不能保存像圖片、音頻、視頻、壓縮文件這樣的二進制數據。

因此，為了確保Redis可以適用于各種不同的使用場景，SDS的API都是二進制安全的。

SDS和c的區別：

?

2.鏈表

應用：列表鍵的底層實現之一就是鏈表。當一個列表鍵包含了數量比較多的元素，又或者列表中包含的元素都是比較長的字符串時，Redis就會使用鏈表作為列表鍵的底層實現。

除了鏈表鍵之外，發布與訂閱、慢查詢、監視器等功能也用到了鏈表，Redis服務器本身還使用鏈表來保存多個客戶端的狀態信息，以及使用鏈表來構建客戶端輸出緩沖區。

一個鏈表結點：

鏈表：

3.字典(key-value)

字典在Redis中的應用相當廣泛，比如Redis的數據庫就是使用字典來作為底層實現的，對數據庫的增、刪、查、改操作也是構建在對字典的操作之上的。

字典還是哈希鍵的底層實現之一，當一個哈希鍵包含的鍵值對比較多，又或者鍵值對中的元素都是比較長的字符串時，Redis就會使用字典作為哈希鍵的底層實現。

Redis的字典使用哈希表作為底層實現，而每個哈希表節點就保存了字典中的一個鍵值對。

字典所用的哈希表結構：

每個dictEntry結構保存著一個鍵值對

dictEntry結構：

字典結構：

type屬性是一個指向dictType結構的指針，每個dictType結構保存了一簇用于操作特定類型鍵值對的函數，Redis會為用途不同的字典設置不同的類型特定函數。

privdata屬性則保存了需要傳給那些類型特定函數的可選參數。

Redis的哈希表使用鏈地址法來解決鍵沖突。

擴展和收縮哈希表的工作可以通過執行rehash（重新散列）操作來完成。

Redis Bgsave 命令用于在后臺異步保存當前數據庫的數據到磁盤。

對哈希表進行擴展：1.正在執行bgsave，負載因子>=5? ? ? 2.沒有執行bgsave，負載因子>=1

對哈希表進行收縮：負載因子<0.1

漸進式hash：rehash動作并不是一次性、集中式地完成的，而是分多次、漸進式地完成的。

原因：如果哈希表里保存的鍵值對數量千萬甚至億個鍵值對，那么要一次性將這些鍵值對全部rehash的話，龐大的計算量可能會導致服務器在一段時間內停止服務。

所以rehash期間，更新，刪除，查找在兩個表里進行，舊表查找不到的話去新表查找。

而插入就直接在新表進行，所以舊表只減不增。

字典使用哈希表作為底層實現，每個字典帶有兩個哈希表，一個平時使用，另一個僅在進行rehash時使用。

4.跳躍表

Redis使用跳躍表作為有序集合鍵的底層實現之一，如果一個有序集合包含的元素數量比較多，又或者有序集合中元素的成員是比較長的字符串時，Redis就會使用跳躍表來作為有序集合鍵的底層實現。

Redis只在兩個地方用到了跳躍表，一個是實現有序集合鍵，另一個是在集群節點中用作內部數據結構。

每個節點都有向前，向后的指針，向后的可能有多個(看有多少層有這個數據)，向前的只有一個。

插入方法：從底層開始，每一層選擇插入或者不插入，插入一層的話就停止。

所以第一層的插入概率1/2，第二次1/4...

5.整數集合

整數集合是集合鍵的底層實現之一。

整數集合的結構：

contents數組各個項在數組中按值的大小從小到大有序地排列，并且數組中不包含任何重復項。contents數組的真正類型取決于encoding屬性的值。

升級：

每當我們要將一個新元素添加到整數集合里面，并且新元素的類型比整數集合現有所有元素的類型都要長時，整數集合需要先進行升級，然后才能將新元素添加到整數集合里面。

升級步驟：1.根據新數據類型，擴展底層數組大小 2.將其他數據設置為新數據類型 3.新元素添加到底層數組

升級好處：一個是提升整數集合的靈活性，另一個是盡可能地節約內存。

節約內存：有int_16,int_32,int_64三種類型，整數集合現在的做法既可以讓集合能同時保存三種不同類型的值，又可以確保升級操作只會在有需要的時候進行，這可以盡量節省內存。

沒有降級操作。

6.壓縮列表

壓縮列表是列表鍵和哈希鍵的底層實現之一。

一個列表鍵只包含少量列表項，并且每個列表項要么就是小整數值，要么就是長度比較短的字符串，就會用壓縮列表。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的读《redis设计与实现》笔记--redis数据结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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