Redis 底层数据结构

版本:2.9

支持的数据类型:

  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 字符串进行了一次封装。封装的字符串叫做简单动态字符串:SDS(simple dynamic string)

Redis 使用的简单动态字符串比 c 语言原生的字符串有以下优点:

  1. 获取字符串长度的复杂度为O(1)
  2. 不存在缓存区溢出
  3. 修改字符串长度时,不需要频繁分配内存
  4. 空间预分配策略
  5. 惰性空间策略
  6. 二进制安全
  7. 二进制安全的意思是,可以将二进制数据使用 SDS 存储,而不会存在 c 语言中,遇到 \0 是字符串结尾的情况。
  8. 兼容部分 c 字符串函数
  9. 因为 SDS 遵循 c 语言以 \0 结尾的惯例,所以 SDS 可以使用 <string.h> 函数库,避免了重复代码

链表

链表作为最常用的数据结构之一,在 redis 中的使用场景是很多的,其中包括:

  1. 发布、订阅
  2. 列表键
  3. 慢查询
  4. 监视器
  5. 多个客户端状态
  6. 客户端缓冲区

Redis 中链表的几个特性:

  1. 双向链表
  2. 无环
  3. 有表头和表尾指针
  4. 有链表长度计数器
  5. 多态(可以用来保存不同类型的值)

字典

字典又叫符号表,在 PHP 中叫关联数组,在 JAVA 中叫映射(map),在 Python 中叫字典(dict)。别管这么多叫法,字典就是一种保存键值对的一种数据结构。

使用场景

  1. 散列(hash)
  2. Redis 数据库

字典实现

Redis 使用 c 语言构建了自己的字典实现。hash 算法使用的是 murmurhash3 算法。遇到键的 hash 值冲突使用的解决方法是链地址法。当需要扩展时,Redis 利用两个哈希表进行渐进式的 rehash。

字典(内部的哈希表)扩展与收缩条件

哈希表内部会通过公式计算一个负载因子。公式为:

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

扩展条件:

  1. 服务器目前没有在执行 BGSAVE 命令或者 BGREWRITEAOF 命令,并且哈希表的负载因子大于等于1。
  2. 服务器目前正在执行 BGSAVE 命令或者 BGREWRITEAOF 命令,并且哈希表的负载因子大于等于5。

收缩条件:负载因子小于 0.1

跳跃表

跳跃表的结构:

跳跃表是一种对标平衡树的一种数据结构。但是比平衡树更简单、更快速、使用更少空间。所以一般都会使用跳跃表。

跳跃表在 Redis 中的使用场景暂时仅限于实现有序集合。

跳跃表的实现参见:http://blog.jobbole.com/111731/

整数集合

整数集合的使用场景为元素不多且只包含整数元素的集合。

使用 c 数组实现。

压缩列表(ziplist)

压缩列表是 Redis 为了节省内存实现的。当列表键和哈希键的项比较少,并且存储的值比较小时,会使用压缩列表节省内存。

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