Redis学习笔记之底层数据结构

1.简单动态字符串（simple dynamic string, SDS）

　　定义：

　　struct sdshdr {

      　　 int len;//记录buf中使用的字节数量

      　　 int free;//记录buf中未使用的字节数量

    　　   char buf[];//字节数组，用于保存字符串

    　　   //buf字节数组以’\0’结束，但是’\0’不计算在len之中，对于用户来说是透明的

　　}

　　SDS与C中的字符串相比，优势在于：

　　 O（1）时间复杂度获取字符串长度；杜绝缓冲区溢出（每次修改buf时会检查空间是否充足）；提高修改字符串的效率（空间预分配和惰性释放空间，客观的说会浪费一定的空间，空间换时间）；二进制安全（支持字符串中有空字符串）；

2.链表和链表节点

　　定义：双向链表的节点

　　typedef struct listNode {

 　　        struct listNode *prev;//前置节点

  　　       struct listNode *next;//后置节点

 　　        void *value;//节点的值

　　} listNode;

　　用如下结构来管理链表：

　　typedef struct list {

  　　       listNode *head;//链表头

      　　   listNode *tail;//链表尾

     　　    unsigned long len;//链表节点数

    　　     void *(*dup) (void *ptr);//节点值复制函数

     　　    void (*free) (void *ptr);//节点值释放函数

      　　   int (*match) (void *ptr, void *key);//节点值对比函数

　　} list;

　　优点：很多值或者节点都存储起来了，访问节点长度、尾节点等时间复杂度降低，多态（value的类型是void*）

3.字典——哈希键的底层实现之一

　　哈希表结构：

　　typedef struct dictht {

    　　     dictEntry **table;//哈希表数组

  　　       unsigned long size;//哈希表大小

   　　      unsigned long sizemask;//哈希表大小掩码

  　　       unsigned long used;//哈希表已有节点数量

　　} dictht;

　　哈希表节点结构：

　　type struct dictEntry {

   　　      void *key;//键

  　　       union {//值

      　　          void *val;

    　　            unit64_tu64;

      　　          int64_ts64;

   　　      } v;

     　　    struct dictEntry *next;//指向下个哈希表节点，形成链表

　　} dictEntry;

　　字典结构：

　　typedef struct dict {

         　　     dictType *type;//字典类型，为创建多态字典

       　　       void *privdata;//保存需要传给类型特性函数的参数

         　　     dictht ht[2];//字典只使用ht[0]，rehash时才使用ht[1]

         　　     int rehashidx;//记录了rehash的进度，默认是-1

　　} dict;

　　Redis的哈希表使用链地址法，rehash时将ht[0]上的值rehash到ht[1]上（涉及ht[1]的空间分配大小问题），然后把ht[1]作为ht[0]，把ht[1]设置为空白哈希表

　　渐进式rehash：在每一次增删改操作的时候，将ht[0]上对应的键值对写到ht[1]上，在某个时间点时，ht[0]上的值全部写到ht[1]上

4.跳跃表

　　实现：主要由两个结构组成，zskiplist用于保存跳跃表信息，zskiplistNode用于表示跳跃表节点；每一个zskiplistNode有若干（1~32随机）层（每一层都有前进指针和跨度），还有后退指针、分值、成员对象obj；成员对象唯一，分值可相同；节点按照分值的大小进行排序，分值相同时按照成员对象的大小排序。

　　用处：有序集合、集群节点中用作内部数据结构

5.整数集合

　　定义：

　　typedef struct intset {

   　　           uint32_t encoding;

   　　           uint32_t length;

     　　         int8_t contents[];

　　} intset;

　　重点：整数集合升级，contents中保存的数据可能是16位、32位、64位的，会根据存入数据的位数对集合进行升级；不支持降级

　　用处：集合元素全是整数的情况

6.压缩列表——列表键和哈希键的底层实现之一

　　结构：zlbytes zltail zllen entry1 entry2…entryN zlend

　　zlbytes：uint32_t，记录整个压缩列表的字节数

　　zltail：uint32_t，记录压缩列表尾节点距离列表首地址有多少个字节

　　zllen：uint16_t，记录压缩列表包含的节点数量

　　entryN：压缩列表包含的节点

　　     previous_entry_length   前一节点的大小

　　        encoding   记录了节点content所保存的数据的类型和值

　　      content   节点的值

　　zlend：uint8_t，特殊值0XFF，用于标记压缩列表的末端

　　连锁更新：节点中previous_entry_length的长度是根据值的大小确定的，所以当更新前一节点的长度时，这个值所占的字节数可能会引起改变，因此需要更新更新节点的后续节点。如果更新节点的后续节点全部都需要更新，那么效率会很低，但是需要全部节点更新的概率极低，因此不需要考虑对效率的影响。