2.单机数据库-数据结构（SDS、链表、整数集合）

一、简单动态字符串

简单动态字符串 简称SDS 是Redis字符串类型底层数据结构。

1.结构

每个 sds.h/sdshdr 结构表示一个 SDS 值：

struct sdshdr {

    // 记录 buf 数组中已使用字节的数量
    // 等于 SDS 所保存字符串的长度
    int len;

    // 记录 buf 数组中未使用字节的数量
    int free;

    // 字节数组，用于保存字符串
    char buf[];

};

结构如下图所示：

 

• free为 0，表示SDS没分配任何未使用的空间
• len为 5，表示SDS保存了一个五字节的字符串
• buf 为一个char类型数组，以'\0'结尾

2.特性

• 获取字符串长度，STRLEN命令时间复杂度 O(1)
• 二进制安全
• 减少修改字符串时带来的内存重分配次数

二、链表

链表实质上是双向链表，Redis数据类型list的底层实现结构之一。当一个list包含了数量较多的元素，或者list中包含的元素都是比较长的字符串时，Redis就会使用链表作为list的底层实现。

1.结构

每个链表节点使用一个 adlist.h/listNode 结构来表示：

typedef struct listNode {

    // 前置节点
    struct listNode *prev;

    // 后置节点
    struct listNode *next;

    // 节点的值
    void *value;

} listNode;

多个 listNode 可以通过 prev 和 next 指针组成双端链表， 如图所示：

虽然仅仅使用多个 listNode 结构就可以组成链表， 但使用 adlist.h/list 来持有链表的话， 操作起来会更方便：

typedef struct list {

    // 表头节点
    listNode *head;

    // 表尾节点
    listNode *tail;

    // 链表所包含的节点数量
    unsigned long len;

    // 节点值复制函数  dup 函数用于复制链表节点所保存的值；
    void *(*dup)(void *ptr);

    // 节点值释放函数 free 函数用于释放链表节点所保存的值；
　　void (*free)(void *ptr);

    // 节点值对比函数 match 函数则用于对比链表节点所保存的值和另一个输入值是否相等
    int (*match)(void *ptr, void *key);

} list;

如图是由一个 list 结构和三个 listNode 结构组成的链表

2.特性

• 双端：链表节点带有 prev 和 next 指针， 获取某个节点的前置节点和后置节点的复杂度都是 O(1) ；
• 无环：表头节点的 prev 指针和表尾节点的 next 指针都指向 NULL ， 对链表的访问以 NULL 为终点；
• 带表头指针和表尾指针：通过 list 结构的 head 指针和 tail 指针， 程序获取链表的表头节点和表尾节点的复杂度为 O(1) ；
• 带链表长度计数器：程序使用 list 结构的 len 属性来对 list 持有的链表节点进行计数， 程序获取链表中节点数量的复杂度为 O(1) ；
• 多态：链表节点使用 void* 指针来保存节点值，并且可以通过 list 结构的 dup 、 free 、 match 三个属性为节点值设置类型特定函数，所以链表可以用于保存各种不同类型的值；

三、整数集合

整数集合(intest)是 set 的底层实现之一，当一个集合只包含整数值元素，并且这个集合的元素不多时，Redis 就会使用整数集合作为 set 的底层实现。

1.结构

每个 intset.h/intset 结构表示一个整数集合;

typedef struct intset {

    // 编码方式
    uint32_t encoding;

    // 集合包含的元素数量
    uint32_t length;

    // 保存元素的数组
    int8_t contents[]; 整数集合的底层实现 有序数组、类型取决于encoding

} intset;

2.特性

• 有序性：每次插入的位置是根据二分查找确定
• 升级：新元素的类型比整数集合现有所有元素的类型都要长时，需要先进行升级
  • 引发升级的元素长度大于现有元素，因此这个新元素要么就是大于所有元素、要么小于所有元素　
• 升级的好处：
  • 提升灵活性（自适应新元素类型）
  • 节约内存　　
• 降级：整数集合不支持降级，一旦对数组升级后，编码会一直保持升级后的状态