redis_5种数据结构及其底层实现原理详解

1、 redis中的数据结构

Redis支持五种数据类型:string(字符串),hash(哈希),list(列表),set(无序集合)及zset(有序集合)
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在秒杀项目里,我用过redis的Set和Hash结构:

String:一个 key 对应一个字符串,string是Redis 最基本的数据类型。(字节的abase框架只实现了redis的string数据结构,导致我们如果想要存储复杂的数据结构的时候,只能转成json格式的字符串来存储)
list:一个 key 对应一个字符串列表,底层使用双向链表实现,很多双向链表支持的操作它都支持。
Hash:
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Set:比如一个Set的实例:A = {‘a’, ‘b’, ‘c’},A是集合的key,‘a’, 'b’和‘c’是集合的member。无序、无重复元素。
SortedSet:在set的基础上加上一个分数score,set里面的数据是有序的。

3、 redis数据结构底层实现

string
使用一种叫简单动态字符串(SDS)的数据类型来实现。

/*  
 * 保存字符串对象的结构  
 */  
struct sdshdr {
    
      
    int len;  // buf 中已占用空间的长度  
    int free;  // buf 中剩余可用空间的长度
    char buf[];  // 数据空间  
};

SDS 相比C 字符串的优势:

SDS保存了字符串的长度,而C字符串不保存长度,需要遍历整个数组(找到’\0’为止)才能取到字符串长度。
修改SDS时,检查给定SDS空间是否足够,如果不够会先拓展SDS 的空间,防止缓冲区溢出。C字符串不会检查字符串空间是否足够,调用一些函数时很容易造成缓冲区溢出(比如strcat字符串连接函数)。
SDS预分配空间的机制,可以减少为字符串重新分配空间的次数。

4、 list

使用双向链表来实现。
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5、hash

hash结构里其实是一个字典,有许多的键值对(类似于python的dict类型)。
redis的哈希表是一个dictht结构体:
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,用于计算索引值
unsigned long used;//该哈希表已有节点的数量
}

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哈希表节点的结构体如下:
typeof struct dictEntry{
void *key;//键
union{ //不同键对应的值的类型可能不同,使用union来处理这个问题
void *val;
uint64_tu64;
int64_ts64;
}
struct dictEntry *next;
}

其中解决哈希冲突的方法是拉链法。
为了让哈希表的装载因子维持在一个合理的范围之内,需要对哈希表的大小进行扩展或者收缩,这叫做rehash。字典中总共有两个哈希表dictht结构体,ht[0]用来存储键值对,ht[1]用于rehash时暂存数据,平时它指向的哈希表为空,需要扩展或者收缩ht[0]的哈希表时才为它分配空间。

比如扩展哈希表,就是为ht[1]分配一块大小为ht[0]两倍的空间,然后把ht[0]的数据通过rehash的方式全部迁移到ht[1],最后释放ht[0],使ht[1]成为ht[0],再为ht[1]分配一个空哈希表。收缩哈希表类似。

渐进式rehash:redis并不是专门找时间一次性地进行rehash,而是渐进地进行,rehash期间不影响外部对ht[0]的访问,要求修改字典时要把对应数据同步到ht[1]中,全部数据转移完成时,rehash结束。
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6、set

set可以用intset或者字典实现。

intset
只有当数据全是整数值,而且数量少于512个时,才使用intset,intset是一个由整数组成的有序集合,可以进行二分查找。
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字典
不满足intset使用条件的情况下都使用字典(拉链法),使用字典时把value设置为null。
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7、 zset

zset中的每个元素包含数据本身和一个对应的分数(score)。
经典例子:一个zset的key是"math",代表数学课的成绩,然后可以往这个key里插入很多数据。输入数据的时候,每次需要输入一个姓名和一个对应的成绩。那么这个姓名就是数据本身,成绩就是它的score。

zset的数据本身不允许重复,但是score允许重复。

zset底层实现原理:
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数据少时,使用ziplist:ziplist占用连续内存,每项元素都是(数据+score)的方式连续存储,按照score从小到大排序。ziplist为了节省内存,每个元素占用的空间可以不同,对于大的数据(long long),就多用一些字节来存储,而对于小的数据(short),就少用一些字节来存储。因此查找的时候需要按顺序遍历。ziplist省内存但是查找效率低。
数据多时,使用字典+跳表:

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转载自blog.csdn.net/chuige2013/article/details/130257327