Redis radix tree源碼解析

Redis實現了不定長壓縮前綴的radix tree，用在集羣模式下存儲slot對應的的全部key信息。本文將詳述在Redis中如何實現radix tree。

核心數據結構

raxNode是radix tree的核心數據結構，其結構體以下代碼所示：

typedef struct raxNode {
    uint32_t iskey:1;     
    uint32_t isnull:1;    
    uint32_t iscompr:1;   
    uint32_t size:29;     
    unsigned char data[];
} raxNode;

• iskey：表示這個節點是否包含key

  • 0：沒有key
  • 1：表示從頭部到其父節點的路徑完整的存儲了key，查找的時候按子節點iskey=1來判斷key是否存在
• isnull：是否有存儲value值，好比存儲元數據就只有key，沒有value值。value值也是存儲在data中
• iscompr：是否有前綴壓縮，決定了data存儲的數據結構
• size：該節點存儲的字符個數

• data：存儲子節點的信息

• • iscompr=0：非壓縮模式下，數據格式是：[header strlen=0][abc][a-ptr][b-ptr][c-ptr](value-ptr?)，有size個字符，緊跟着是size個指針，指向每一個字符對應的下一個節點。size個字符之間互相沒有路徑聯繫。
  • iscompr=1：壓縮模式下，數據格式是：[header strlen=3][xyz][z-ptr](value-ptr?)，只有一個指針，指向下一個節點。size個字符是壓縮字符片斷

Rax Insert

如下用幾個示例來詳解rax tree插入的流程。假設j是遍歷已有節點的遊標，i是遍歷新增節點的遊標。

場景一：只插入abcd

z-ptr指向的葉子節點iskey=1，使用了壓縮前綴。

場景二：在abcd以後插入abcdef

從abcd父節點的每一個壓縮前綴字符比較，遍歷完全部abcd節點後指向了其空子節點，j = 0， i < len(abcded)。
查找到abcd的空子節點，直接將ef賦值到子節點上，成爲abcd的子節點。ef節點被標記爲iskey=1，用來標識abcd這個key。ef節點下再建立一個空子節點，iskey=1來表示abcdef這個key。

場景三：在abcd以後插入ab

ab在abcd能找到前兩位的前綴，也就是i=len(ab)，j < len(abcd)。
將abcd分割成ab和cd兩個子節點，cd也是一個壓縮前綴節點，cd同時被標記爲iskey=1，來表示ab這個key。
cd下掛着一個空子節點，來標記abcd這個key。

場景四：在abcd以後插入abABC

abcABC在abcd中只找到了ab這個前綴，即i < len(abcABC)，j < len(abcd)。這個步驟有點複雜，分解一下：

• step 1：將abcd從ab以後拆分，拆分紅ab、c、d 三個節點。
• step 2：c節點是一個非壓縮的節點，c掛在ab子節點上。
• step 3：d節點只有一個字符，因此也是一個非壓縮節點，掛在c子節點上。
• step 4：將ABC 拆分紅了A和BC， A掛在ab子節點上，和c節點屬於同一個節點，這樣A就和c同屬於父節點ab。
• step 5：將BC做爲一個壓縮前綴的節點，掛在A子節點下。
• step 6：d節點和BC節點都掛一個空子節點分別標識abcd和abcABC這兩個key。

場景五：在abcd以後插入Aabc

abcd和Aabc沒有前綴匹配，i = 0，j = 0。
將abcd拆分紅a、bcd兩個節點，a節點是一個非壓縮前綴節點。
將Aabc拆分紅A、abc兩個節點，A節點也是一個非壓縮前綴節點。
將A節點掛在和a相同的父節點上。
同上，在bcd和abc這兩個節點下掛空子節點來分別表示兩個key。

Rax Remove

刪除

刪除一個key的流程比較簡單，找到iskey的節點後，向上遍歷父節點刪除非iskey的節點。若是是非壓縮的父節點而且size > 1，表示還有其餘非相關的路徑存在，則須要按刪除子節點的模式去處理這個父節點，主要是作memove和realloc。

合併

刪除一個key以後須要嘗試作一些合併，以收斂樹的高度。
合併的條件是：

• iskey=1的節點不能合併
• 子節點只有一個字符
• 父節點只有一個子節點（若是父節點是壓縮前綴的節點，那麼只有一個子節點，知足條件。若是父節點是非壓縮前綴的節點，那麼只能有一個字符路徑才能知足條件）

結束語

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