Redis数据结构

Redis： Remote Dictionary Service（远程字典服务）。主要存储键值对类型的数据，对于键(key) 来讲，只能是 String 类型的，而对于 值(value) 来讲，可以是其它的数据类型。

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基本数据结构

Redis 中存在五种常见的数据结构，分别是 String（字符串）、List（列表）、Hash（哈希）、Set（集合）、ZSet（有序集合）

Redis 对象

一个 Redis 对象由以下字段组成：

// server.h —— redis.h

typedef struct redisObject {                                                                                                    
    // 对象的类型，取值范围：REDIS_STRING、REDIS_LIST、REDIS_HASH、REDIS_SET、REDIS_ZSET
    unsigned type:4;
    
    // 对象的编码，取值范围：REDIS_ENCODING_INT、REDIS_ENCODING_EMBSTR、REDIS_ENCODING_RAW、REDIS_ENCODING_HT、REDIS_ENCODING_LINKEDLIST、REDIS_ENCODING_ZIPLIST、REDIS_ENCODING_INTSET、REDIS_ENCODING_SKIPLIST
    unsigned encoding:4; // 每种 type 对应着两个或两个以上的编码
    
    unsigned lru:LRU_BITS; /* LRU time (relative to global lru_clock) or
                              * LFU data (least significant 8 bits frequency
                              * and most significant 16 bits access time). */
    int refcount;
    
    void *ptr;
 } robj;

​ 基本数据类型就是上文提到的几种数据类型，而这些数据类型之间的编码方式有所不同。这是因为为了适应不同的需求，每个基本数据类型都会有不同的实现方式（可以类比为面向对象设计中的 接口 和 实现类 的关系）

​ 基本类型与编码的对应关系如下所示：

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字符串

字符串对应的 Redis 数据类型是 REDIS_STRING，具体的编码有 REDIS_ENCODIGN_INT、REDIS_ENCODIGN_EMBSTR、REDIS_ENCODIGN_RAW

  • REDIS_ENCODIGN_INT

    • 对应 long 类型的整数，当输入的字符串为数字并且在 long 类型表示的数字的范围内时，String 会使用这种编码格式。

    • 对象此时的具体内容如下图所示：

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  • REDIS_ENCODIGN_EMBSTR

    • 当字符串的长度小于某个阈值时，会采用 embstr 的编码方式进行编码。这是因为 embstr 的编码方式只需要分配一次 sdshdr 的空间，因此速度更快。

    • embstr 编码的方式是不可变的，因此如果对 embstr 编码的字符串进行修改，会首先讲字符串变为 raw 的编码方式再进行修改

    • embstr 编码的对象的内容存储表示：

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  • REDIS_ENCODIGN_RAW

    • 除了上述的两种编码格式之外，其它的 String 都是使用 raw 的方式进行编码的

    • 具体的对象的存储内容如下图所示

      image.png

  • SDS

    SDS：Simple Dynamic String （简单动态字符串），由 Redis 定义的字符串类型。

    与 C 的字符串相比，有以下优势：

    1. 能够提高访问速度

      • C 语言计算字符串时需要再次遍历整个字符串，因此会浪费许多的时间

    2. 能够避免缓存区溢出

      • C 语言字符串的操作存在缓存区溢出的问题，前提是在增加元素之前没有足够的内存分配。
      • SDS 通过动态地执行空间地扩充，API 会自动进行空间地扩展

    3. 通过预分配内存空间和惰性释放的方式来提高内存的分配速度

      • 空间预分配

        对 SDS 进行修改之后，如果 SDS 的长度小于某个阈值，这个时候会分配 len = free

        对 SDS 进行修改之后，如果 SDS 的长度大于阈值，这个时候会按照一定的固定大小进行分配

      • 惰性释放

        再删除一段内容后，当前的存储空间不会立刻释放，从而减少了再次分配空间的时间

    4. C 语言保存的数据内容有限；而 SDS 可以保存任意类型的内容

列表(List)

​ 列表的编码方式有 REDIS_ENCODING_ZIPLIST、REDIS_ENCODING_LINKEDLIST

​ 特点：有序、可重复、插入和删除的速度较快

  • REDIS_ENCODING_ZIPLIST （压缩链表）

    • 存储结构：
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    zlbytes：表示压缩链表的总字节数

    zltail：表示距离尾部节点的偏移量

    zlend：表示这个压缩链表的长度

  • REDIS_ENCODING_LINKEDLIST （双向链表）

    • 一般意义上的双向链表

    • 具体结构如下所示：

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集合(Set)

​ 表示没有重复元素的无序即可，对应的编码方式有：REDIS_ENCODING_INTSET、REDIS_ENCODING_HT

  • REDIS_ENCODING_INTSET

    • 针对整形集合作为底层实现
    • 使用整形集合时集合时有序的
    • 具体结构如下所示：
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  • REDIS_ENCODING_HT

    • 底层时字典的存储结构，字典的每个键和 Redis 的 key 一样都只能是字符串类型的。在处理 Set 数据类型时，字典每个键对应的值都是 NULL
    • 当达到一定条件时，会从整形集合转变为字典
      • 当插入元素的数量大于某个阈值时，将会从 REDIS_ENCODING_INTSET 的编码方式转换为REDIS_ENCODING_HT 的编码方式
      • 当插入的元素为非数字时，将会直接使用 REDIS_ENCODING_HT 的编码方式
    • 具体结构如下所示：
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有序集合

有顺序的集合。存在两种编码方式：REDIS_ENCODING_ZIPLIST、REDIS_ENCODING_SKIPLIST

  • REDIS_ENCODING_ZIPLIST (ziplist)

    参见：REDIS_ENCODING_ZIPLIST

  • REDIS_ENCODING_SKIPLIST（zset）

    • SkipList

      在基于有序链表的数据结构的基础上，通过在相距随机距离的节点上添加额外的一个索引链接，通过这些索引链接可以提高查找速度。

      可以看看：http://zhangtielei.com/posts/blog-redis-skiplist.html

      优点：

      1. 相比较于于 B+ 树的数据结构，SkipList 可以降低索引的内存使用。
      2. 对于经常性地访问一段连续区间的元素，SkipList 要比其它平衡树和哈希表更加高效
      3. 相比较其它的数据结构，调试起来更加简单

      一个可能的 SkipList 结构：

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    • 内部存储结构

      # ZSet 存储结构
typedef struct zset {
    dict *dict;
    zskiplist *zsl;
} zset;

      看起来像下面这样：

  • 转换规则

    zset-max-ziplist-entries 128 
zset-max-ziplist-value 64
    • 当存储的元素个数大于 zset-max-ziplist-entries 时，将自动从 REDIS_ENCODING_ZIPLIST转换为 REDIS_ENCODING_SKIPLIST
    • 当存储的单个数据元素的长度大于 zset-max-ziplist-value 时，自动从 REDIS_ENCODING_ZIPLIST转换为 REDIS_ENCODING_SKIPLIST

哈希

存储哈希表的数据对象。编码类型：REDIS_ENCODING_ZIPLIST、REDIS_ENCODING_HT

  • REDIS_ENCODING_ZIPLIST

    参见：REDIS_ENCODING_ZIPLIST

  • REDIS_ENCODING_HT

    参见：REDIS_ENCODING_HT

  • 转换规则

    • Hash 中的键值对数量小于某个阈值时，使用 REDIS_ENCODING_ZIPLIST
    • Hash 里的 key 和 value 长度均小于某个阈值时，使用 REDIS_ENCODING_ZIPLIST 编码方式
posted @ 2021-09-27 17:28  FatalFlower  阅读(130)  评论(0)    收藏  举报