redis数据结构

基本数据结构与底层数据结构

 SDS(Simple Dynamic String) - 简单动态字符串

struct sdshdr {
    int len;    // 记录buf数组中已使用字节的数量，即字符串长度（获取长度O(1)）
    int free;   // 记录buf数组中未使用字节的数量
    char buf[]; // 字节数组，用于保存字符串，遵循C语言以'\0'结尾的惯例
};

　　SDS 在修改前会先检查空间是否足够，不够则先扩容。

压缩列表 (ZipList)

　　ziplist 是 Redis 提供的一种“紧凑型列表结构（compact list）”。ZipList（压缩列表）不是链表，而是一种连续内存块组成的顺序型数据结构。它将多个 list 元素连续地存放在一块 连续内存（contiguous memory block） 中。

Zlbytes：压缩列表的字节长度 
Zltail：压缩列表尾元素相对于起始地址的偏移量
Zllen：压缩列表的元素数目
entry：包含prevlen(前一个元素的长度)、encoding(data数据类型)、data.

用途：列表键（List）和哈希键（Hash）的底层实现之一（当元素较少且值较小时）。在 Redis 7.0 之后，被 ListPack 全面替代。
设计理念：为了节省内存，压缩列表是一段连续内存块组成的顺序型数据结构。它通过记录每个条目的长度和编码信息，紧凑地排列数据。。

连锁更新问题：由于每个节点都记录了前一个节点的长度（通过 prevlen 字段）。如果修改了某一个节点的长度（比如从 253 字节变为 254 字节），可能会导致后续节点的 prevlen 存储空间从 1 字节膨胀到 5 字节，进而引发后续节点的连锁更新，性能下降。这是 ZipList 的一个缺陷，也是被 ListPack 淘汰的原因

紧凑列表 (ListPack)

用途：作为 ZipList 的替代品【Redis 7.0 后】，是列表和哈希的默认底层实现之一。

• 改进点：ListPack 解决了 ZipList 的连锁更新问题。它不再存储前一个节点的长度，而是存储当前节点自身的长度，从而避免了修改一个节点影响后续节点的情况。设计依然保持内存紧凑。

字典（Dict）

在 Redis 中，字典无处不在：

• 整个 Redis 数据库的所有键值对都存储在一个字典中（redisDb 的 dict 属性）
• 哈希键（Hash）当元素较多时使用字典实现
• 集合键（Set）当元素为非整数或数量多时使用字典实现（键为元素，值为 NULL）
• 每个 Redis 对象都有一个 type 属性和 ptr 指针，这些信息也通过字典管理

typedef struct dictEntry {
    void *key;              // 键（Set 的元素）
    union {
        void *val;          // 值（Set 不用）
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;

快速列表 (QuickList)

 

 用途：列表键（List）的底层实现（3.2 版本之后）

• 本质：QuickList 是一个双向链表，但它的每个节点不是一个简单的值，而是一个 ZipList 或 ListPack。

• 设计哲学：结合了双向链表（方便在两端快速插入删除）和压缩列表（内存紧凑）的优点。既保证了性能，又控制了内存碎片

 

兼顾空间与效率：通过将列表拆成多个小段（ziplist），既避免了大型链表带来的内存碎片和高 overhead，也避免了大型 ziplist 带来的频繁 realloc 问题。
快速头尾操作（push/pop）：因为 quicklist 是链表结构，在头尾插入删除是 O(1) 操作，非常高效，适合队列／栈等操作频繁场景。
压缩可选：中间节点可以压缩（LZF 等算法／listpack 压缩），节省内存；而头尾保留原始以保证访问性能。
灵活适应不同场景：既适合存储小量短元素，也适合存储大量元素或长列表。

跳表 (Skip List)

用途：有序集合键（Sorted Set）的底层实现之一。

• 为什么不用平衡树？

  • 跳表是一种有序数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的。

  • 优点：平均查找性能 O(logN)，实现比平衡树简单，且范围查找（如 ZRANGE）非常方便。Redis 的作者认为跳表在代码实现和调试难度上远低于平衡树。

• 结构：由多层链表组成，上层是下层的“快速通道”，允许跳过部分节点进行搜索。

 

level 3:  head ---------------------------------------------> tail
          |                                                   
level 2:  head -----------> A -----------> C -----------> tail
          |                |                |               
level 1:  head --> A --> B --> C --> D --> E --> F --> tail
          |      |      |      |      |      |      |      
数据层:    [null]  [A]    [B]    [C]    [D]    [E]    [F]   
score:           1.0    2.0    3.0    4.0    5.0    6.0

• 最底层（level 1）：包含所有节点，是有序链表

• 上层（level 2, 3）：是下层的"快速通道"，跳过部分节点