redis数据结构和对象二

1. 跳跃表（skiplist）
   
   跳跃表是一种有序数据结构。跳跃表支持平均O(logN),最坏O(N)复杂度的节点查找，大部分情况下，跳跃表的效率可以和平衡树相媲美，并且因为跳跃表的实现比平衡树简单，所有不少程序都用跳跃表代替平衡树。Redis使用跳跃表作为有序集合的底层实现，另一个是在集群节点中用作内部数据结构。

1.1 跳跃表的实现

typedef struct zskiplist {

struct zskiplistNode *header, *tail;

unsigned long length;

int level;

} zskiplist;

• header：指向跳跃表的表头节点。
• tail：指向跳跃表的表尾节点。
• level：记录目前跳跃表内，层数最大的那个节点的层数（表头节点的层数不计算在内）
• lenght：记录跳跃表的长度，即跳跃表目前包含节点的数量（表头节点的层数不计算在内）

typedef struct zskiplistNode {

robj *obj;

double score;

struct zskiplistNode *backward;

struct zskiplistLevel {

struct zskiplistNode *forward;

unsigned int span;

} level[];

} zskiplistNode;

• 层（level)：节点中用L1， L2， L3等字样标记节点的各个层，L1代表第一层，L2代表第二层，依次类推。每个层都带有两个属性：前进指针和跨度。
• 前进（level[i].forward)属性：用于从表头向表尾方向的访问节点。遍历跳跃表中所有节点的路径。
• 跨度（level[i].span)属性：用于记录两个节点之间的距离。两个节点直接的跨度越大，他们相距的就越远。指向NULL的所有指针的跨度都为0，因为他们没有连向任何节点。
• 后退（backward)指针：节点中用BW字样标记节点的后退指针，他指向位于当前节点的前一个节点。后退指针在程序从表尾向表头遍历使用。
• 分值（score):各个节点中的1.0，2.0和3.0是节点所保存的分值。在跳跃表中节点按各自所保存的分值从小到大排列。
• 成员对象（obj): 各个节点中o1、o2、o3是节点所保存的成员对象。

1. 整数集合（intset）

整数集合（intset）是集合键的底层实现之一，当一个集合只包含整数值元素，并且这个集合元素数量不多时，Redis就会使用整数集合作为集合键的底层实现。

typedef struct intset {

uint32_t encoding;

uint32_t length;

int8_t contents[];

} intset;

• contents数组时整数集合的底层实现：各个元素在数组中按值大小从小到大有序地排列，并且数组中不包含任何重复项。
• length属性记录了整数集合包含的元素数量，即contents数组数组的长度。
  
  虽然intset结构将contents属性声明为int8_t类型的数组，但实际上contents数组并不保存任何int8_t类型的值，contents数组的真正类型取决于encoding属性值。
• 如果encoding属性的值为INTSET_ENC_INT16，那么contents就是一个int16_t类型的数组。数组长度sizeof(int16_t)*length
• 如果encoding属性的值为INTSET_ENC_INT32，那么contents就是一个int32_t类型的数组。数组长度sizeof(int32_t)*length
• 如果encoding属性的值为INTSET_ENC_INT64，那么contents就是一个int64_t类型的数组。数组长度sizeof(int64_t)*length

整数集合升级，不支持降级。

每当将一个元素添加到整数集合里面，并且新元素的类型比整数集合现有所有元素的类型都要长时，整数集合需要先进行升级，然后才能添加到整数集合里面。升级分三步进行：

1）根据新元素的类型，扩展整数集合底层数组的空间大小，并为新元素分配空间。

2）将底层数组现有的所有元素都转换成与新元素相同的元素类型，并将类型转换后的元素放置到正确的位置。

3）将新元素添加到底层数组里面。

升级的好处

1）提升灵活性。因为语言时静态类型语言，不能将两种不同类型的值放在同一个数据结构里面。因为整数集合可以自动升级底层数组来适应新元素。

2）节约内存。 要让一个数组同时可以保存int16_t，int32_t， int64_t三种类型通常做法直接使用int64_t类型作为数组，这样出现浪费内存。

升级例子：将一个类型int32_t的数值65535添加到int16_t类型集合里面：

1. 压缩列表（ziplist）
   
   压缩列表时列表键和哈希键的底层实现只一，当一个列表只包含少量列表项，并且每个列表项要么就是小整数值，要么就是长度比较短的字符串，那么Redis就会使用压缩列表。

3.1 压缩列表的构成

压缩列表时Redis为了节约内存而开发，是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序型的数据结构。一个压缩列表可以包含任意多个节点（entry），每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。

3.1 压缩列表节点的构成

每个压缩列表节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。其中，字节数组可以是以下三种长度中的一种：

长度小于等于63(2^6-1)字节的字节数组;

长度小于等于16383(2^14-1)字节的字节数组

长度小于等于4294967295(2^32-1)字节的字节数组

整数值可以是以下6种长度中的一种：

4位长,介于0至12之间的无符号整数

1字节长的有符号整数

3字节长的有符号整数

int16_t类型整数

int32_t类型整数

int64_t类型整数

节点的 previous_entry_length属性以字节为单位,记录了压缩列表中前一个节点的长度。

如果前一节点的长度小于254字节,那么 previous_entry_length属性的长度为1字节，

如果前一节点的长度大于等于254字节,那么 previous_entry_length属性的长度为5字节:其中属性的第一字节会被设置为0xFE(十进制值254),而之后的四个字节则用于保存前一节点的长度。

节点的encoding属性记录了节点的content属性所保存数据的类型以及长度。

一字节、两字节或者五字节长,值的最高位为00、01或者10的是字节数组编码：这种编码表示节点的 content属性保存着字节数组,数组的长度由编码除去最高两位之后的其他位记录。

一字节长,值的最高位以11开头的是整数编码:这种编码表示节点的content属性保存着整数值,整数值的类型和长度由编码除去最高两位之后的其他位记录。

节点的content属性负责保存节点的值,节点值可以是一个字节数组或者整数,值的类型和长度由节点的encoding属性决定。

节点的content属性负责保存节点的值,节点值可以是一个字节数组或者整数,值的类型和长度由节点的encoding属性决定