Redis 底層數據結構介紹

Redis 底層數據結構

版本：2.9

支持的數據類型：

1. 字符串
2. 散列
3. 列表
4. 集合
5. 有序集合

字符串

Redis 利用原生的 c 字符串進行了一次封裝。封裝的字符串叫做簡單動態字符串：SDS(simple dynamic string)
Redis 使用的簡單動態字符串比 c 語言原生的字符串有以下優點：

1. 獲取字符串長度的復雜度為O(1)
2. 不存在緩存區溢出
3. 修改字符串長度時，不需要頻繁分配內存
4. 空間預分配策略
5. 惰性空間策略
6. 二進制安全
7. 二進制安全的意思是，可以將二進制數據使用 SDS 存儲，而不會存在 c 語言中，遇到 \0 是字符串結尾的情況。
8. 兼容部分 c 字符串函數
9. 因為 SDS 遵循 c 語言以 \0 結尾的慣例，所以 SDS 可以使用 <string.h> 函數庫，避免了重復代碼

鏈表

鏈表作為最常用的數據結構之一，在 redis 中的使用場景是很多的，其中包括：

1. 發布、訂閱
2. 列表鍵
3. 慢查詢
4. 監視器
5. 多個客戶端狀態
6. 客戶端緩沖區

Redis 中鏈表的幾個特性：

1. 雙向鏈表
2. 無環
3. 有表頭和表尾指針
4. 有鏈表長度計數器
5. 多態（可以用來保存不同類型的值）

字典

字典又叫符號表，在 PHP 中叫關聯數組，在 JAVA 中叫映射（map），在 Python 中叫字典（dict）。別管這么多叫法，字典就是一種保存鍵值對的一種數據結構。

使用場景

1. 散列（hash）
2. Redis 數據庫

字典實現

Redis 使用 c 語言構建了自己的字典實現。hash 算法使用的是 murmurhash3 算法。遇到鍵的 hash 值沖突使用的解決方法是鏈地址法。當需要擴展時，Redis 利用兩個哈希表進行漸進式的 rehash。

字典（內部的哈希表）擴展與收縮條件

哈希表內部會通過公式計算一個負載因子。公式為：

load_factor=ht[0].used/ht[0].Size 

擴展條件：

1. 服務器目前沒有在執行 BGSAVE 命令或者 BGREWRITEAOF 命令,並且哈希表的負載因子大於等於1。
2. 服務器目前正在執行 BGSAVE 命令或者 BGREWRITEAOF 命令,並且哈希表的負載因子大於等於5。

收縮條件：負載因子小於 0.1

跳躍表

跳躍表的結構：

跳躍表是一種對標平衡樹的一種數據結構。但是比平衡樹更簡單、更快速、使用更少空間。所以一般都會使用跳躍表。
跳躍表在 Redis 中的使用場景暫時僅限於實現有序集合。
跳躍表的實現參見：http://blog.jobbole.com/111731/

整數集合

整數集合的使用場景為元素不多且只包含整數元素的集合。
使用 c 數組實現。

壓縮列表（ziplist）

壓縮列表是 Redis 為了節省內存實現的。當列表鍵和哈希鍵的項比較少，並且存儲的值比較小時，會使用壓縮列表節省內存。