Redis数据结构——五种数据类型

一、String

String是Redis中常见的数据存储类型:

  • 其基本编码方式是**RAW,**基于简单动态字符串(SDS)实现,存储上限为512mb。
  • 如果存储的SDS长度小于44字节,则会采用EMBSTR编码,此时object head与SDS是一点连续空间。申请内存时只需要调用一次内存分配函数,效率更高。
    之所以规定SDS长度小于44字节,是因为RedisObject+SDS刚好是64字节,redis底层内存分配是2的n次方,也就是采用64字节为一个分片大小,这样的话就不会产生内存碎片。
  • 如果存储的字符串是整数值,并且大小在LONG_MAX范围内,则会采用INT编码:直接将数据保存在RedisObject的ptr指针位置(刚好8字节),不再需要SDS了
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二、List

Redis的List类型可以从首、尾操作列表中的元素:
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哪一个数据结构能满足上述特征?

  • LinkedList:普通链表,可以从双端访问,内存占用较高,内存碎片较多
  • ZipList:压缩列表,可以从双端访问,内存占用低,存储上限低
  • QuickList:LinkedList+ZipList,可以从双端访问,内存占用较低,包含多个ZipList,存储上限高

Redis的List结构类似一个双端链表,可以从首、尾操作列表中的元素:

  • 在3.2版本之前,Redis采用ZipList和LinkedList来实现List,当元素数量小于512并且元素大小小于62字节时采用ZipList编码,超过则采用LinkedList编码。
  • 在3.2版本之后,Redis统一采用QuickList来实现List:
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三、Set

Set是Redis中的单例集合,满足下列特点:

  • 不保证有序性
  • 保证元素唯一(可以判断元素是否存在)
  • 求交集、并集、差集
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    可以看出,Set对查询元素的效率要求非常高,思考一下,什么样的数据结构可以满足?
  • HashTable,也就是Redis中的Dict,不过Dict是双列集合(可以存键,值对)
  • 为了查询效率和唯一性,set采用HT编码(Dict)。Dict中的Key用来存储元素,value统一为null
  • 当存储的所有数据都是整数,并且元素数量不超过set-max-inset-entries时,Set会采用IntSet编码,以节省内存

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可以看出当插入一个非整数值的时候,编码就会由IntSet转换为HT格式
底层源码:
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四、ZSet

Zset也就是SortedSet,其中每一个元素都需要指定一个score值和member值:

  • 可以根据score值排序
  • member必须唯一
  • 可以根据member查询分数
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    因此,zset底层数据结构必须满足键值存储、键必须唯一、可排序这几个需求。
  • SkipList:可以排序,并且可以同时存储score和ele值
  • HT(Dict):可以键值存储,并且可以根据key找value
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    当元素不多时,HT和SkiptList的优势不明显,而且更耗内存,因此zset还会采用ZipList结构来节省内存,不过需要同时满足两个条件:
    ①元素数量小于zset_max_ziplist_entries,默认值128
    ②每个元素都小于zset_max_ziplist_value字节,默认是64
    ziplist本身没有排序功能,而且没有键值对的概念,因此需要有zset通过编码实现:
  • ZipList是连续内存,因此score和element是紧挨在一起的两个entry,element在前,score在后
  • score越小越接近队首,score越大越接近队尾,按照score值升序排列
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    底层源码片段:
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Hash

Hash结构与Redis中的Zset非常类似:

  • 都是键值存储
  • 都需要根据键获取值
  • 键必须唯一

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两者的区别在于是否需要排序,因此Hash底层采用的编码与zset基本一致,只需要把排序有关的Skiplist去掉即可:

  • Hash结构默认采用ziplist编码。用以节省内存。ziplist中相邻两个entry分别保存field和value
  • 当数据量较大时,Hash结构会转为HT编码,也就是Dict,触发条件有两个:
    ①ziplist中的元素数量超过了hash-max-ziplist-entries(默认512)
    ②ziplist中的任意entry大小超过了hash-max-ziplist-value(默认64字节)
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    源码片段:
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    判断每个元素的大小
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    判断元素的个数
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