redis底層數據結構簡述

redis的數據庫對象有五種，分別是字符串對象（key-value），列表對象（list），哈希對象（hash），集合對象（set），有序集合（sort set）。

這些數據對象來自於底層數據類型的實現，這些數據類型分別爲簡單動態字符串，鏈表，字典，跳躍表，整數集合，壓縮列表，對象。

如下是redisObject和底層數據結構的關係

簡單動態字符串（SDS）

redis的鍵（KEY）由簡單動態字符串實現，字符串對象(key-value)也是由簡單動態字符串實現的。而簡單動態字符串是由C實現的，它的結構以下

struct sdshr{
    //記錄buf中已經使用的字節數量
    unsigned int len;
    //記錄buf中未使用的字節數量
    unsigned int free;
    //字節數組，存儲字符串
    char buf[];
}

在redis3.2版本後，SDS的結構發生了變化，有多種數據結構，根據狀況使用

//字符串長度小於32 Byte
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
    unsigned char flags; /* 記錄當前字節數組的屬性，究竟是哪一個SDS結構 */
    char buf[];/* 保存字符串真正的值 */
};
//字符串長度小於256 Byte,大於32 Byte
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; /* 記錄當前數組的長度 */
    uint8_t alloc; /* 記錄了當前字節數組總共分配的內存大小 */
    unsigned char flags; /* 記錄當前字節數組的屬性，究竟是哪一個SDS結構 */
    char buf[];/* 保存字符串真正的值 */
};
//字符串長度小於65536 Byte （64KB）,大於256 Byte
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
    uint16_t len; /* 記錄當前數組的長度 */
    uint16_t alloc; /* 記錄了當前字節數組總共分配的內存大小 */
    unsigned char flags; /* 記錄當前字節數組的屬性，究竟是哪一個SDS結構 */
    char buf[];/* 保存字符串真正的值 */
};
//字符串長度小於4294967296 Byte （4GB）,大於65536 Byte
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
    uint32_t len; /* 記錄當前數組的長度 */
    uint32_t alloc; /* 記錄了當前字節數組總共分配的內存大小 */
    unsigned char flags; /* 記錄當前字節數組的屬性，究竟是哪一個SDS結構 */
    char buf[];/* 保存字符串真正的值 */
};
//字符串長度大於4294967296 Byte （4GB）
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
    uint64_t len; /* 記錄當前數組的長度 */
    uint64_t alloc; /* 記錄了當前字節數組總共分配的內存大小 */
    unsigned char flags; /* 記錄當前字節數組的屬性，究竟是哪一個SDS結構 */
    char buf[];/* 保存字符串真正的值 */
};

鏈表

鏈表是redis對象列表（list）的一種實現。當列表中元素數量比較多，或元素中字符串數量比較大時，就會使用鏈表結構。鏈表方便順序查詢，同時也方便插入和刪除。

鏈表由listNode和list組成，其結構以下

typedef struct listNode{
      struct listNode *prev;//前一個節點
      struct listNode * next;//後一個節點
      void * value;//節點值
}

typedef struct list{
    //頭節點
    listNode  * head;
    //尾節點
    listNode  * tail;
    //長度
    unsigned long len;
    //複製函數
    void *(*dup) (void *ptr);
    //釋放函數
    void (*free) (void *ptr);
    //對比函數
    int (*match)(void *ptr, void *key);
}

結構圖以下：

字典

字典能夠用來保存鍵值對，字典的結構和java的hashMap結構類似，採用hash算法保存key。字典由字典，哈希表，哈希表節點實現。其結構以下：

/*
 * 哈希表節點
 */
typedef struct dictEntry {
    // 鍵
    void *key;
    // 值，能夠是三種形式：指針，8字節字符，8字節整數
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
    } v;
    //指向下個哈希表節點，造成鏈表（以下hash衝突，會造成鏈表）
    struct dictEntry *next;
}

/*
 * 哈希表
 */
typedef struct dictht {
    // 哈希表數組
    // 裏面存儲dictEntry
    dictEntry **table;
    // 哈希表大小
    unsigned long size;
    // 哈希表大小掩碼，用於計算索引值
    // 老是等於 size - 1，index = hash & sizemask
    // 這樣全部計算得出的hash值均可以對應於table的索引
    unsigned long sizemask;
    // 該哈希表已有節點的數量
    unsigned long used;
}

/*
 * 字典
 */
typedef struct dict {
    // 類型特定函數，type和privdata是爲了多態字典所設置的
    dictType *type;
    // 私有數據
    void *privdata;
    // 哈希表，每一個字典包含兩個table
    // ht[0]是平時使用的哈希表，ht[1]是rehash時使用的哈希表
    dictht ht[2];
    // rehash 索引標識
    // 當 rehash 不在進行時，值爲 -1
    int rehashidx; 
}

字典結構圖以下：

跳躍表

跳躍表是一種有序的數據結構，它經過score進行排序。跳躍表有層級的概念，每一個跳躍表節點有多層，每一個層級會按順序指向以後若干節點的對應層級。這是爲了便於查詢，經過層級查詢節點，會比按score順序依次查詢要快不少。節點和鏈表的結構以下：

typedef struct zskiplistNode{
　　　//層
     struct zskiplistLevel{
　　　　　//前進指針
        struct zskiplistNode *forward;
　　　　//跨度
        unsigned int span;
    } level[];
　　//後退指針
    struct zskiplistNode *backward;
　　//分值
    double score;
　　//成員對象
    robj *obj;
}

typedef struct zskiplist {
     //表頭節點和表尾節點
     struct zskiplistNode *header,*tail;
     //表中節點數量
     unsigned long length;
     //表中層數最大的節點的層數
     int level;
}

結構圖以下：

整數集合

當一個集合的元素數量不大，且類型都爲整數時，redis就會使用整數集合進行存儲。它的結構以下：

typedef struct intset{
    //編碼方式
    uint32_t enconding;
   // 集合包含的元素數量
    uint32_t length;
    //保存元素的數組    
    int8_t contents[];
}

壓縮列表

壓縮列表是列表對象和哈希對象的實現方式之一。當一個列表的元素數量很少，且值爲整數和不長的字符串，這時redis會使用壓縮列表。一樣若是一個哈希對象的key和value的值數量很少，且爲整數和不長的字符串時，redis也會使用壓縮列表

 

參考資料：

http://www.javashuo.com/article/p-abiguhhk-bm.html

https://www.cnblogs.com/jaycekon/p/6277653.html