Redis基本結構

 以前看了《Redis設計與實現》這本書，對Redis的認識加深了一些，便作了一些總結，同時也記錄下本身的一些想法。

 這節先介紹Redis提供的基本結構，主要分爲底層的基本結構和以對象形式包裝的Object結構。

1.SDS

 C字符串在redis中主要用於無須對字符串值進行修改的地方，對於須要修改字符串的場景，則使用SDS（簡單動態字符串）。

SDS的結構以下示：

 其中buff是字符串緩衝區，用於存放字符串，len爲buf數組中已使用字節的數量，free爲buf數組中未使用字節的數量。注意，buff中存放的是二進制數據，使用len屬性來判斷字符串是否結束，保留’\0’符號是爲了兼容部分C函數。

 同C字符串相比，因爲SDS記錄了相關的使用狀況，於是可以以常數複雜度獲取字符串長度，而且可以杜絕緩衝區溢出。同時，經過使用空間預分配和惰性空間釋放兩種策略，可以減小修改字符串時帶來的內存重分配次數。

 所謂空間預分配是指，當對SDS進行修改的時候，而且須要對SDS空間進行擴展的時候，程序不只會爲SDS分配修改所須要的空間，還會爲SDS分配額外的未使用空間。其分配策略是以下定義的：若是對SDS修改後的長度小於1MB，那麼程序分配和len屬性一樣大小的未使用空間；若是對SDS修改後的長度大於等於1MB，那麼程序會分配1MB的未使用空間。經過空間預分配策略，redis能夠減小連續執行字符串增加操做所須要的內存重分配次數。

 所謂惰性空間釋放，就是當須要縮短SDS保存的字符串的時候，程序並不當即使用內存從新分配來回收縮短後多出來的字節，而是使用free屬性將這些字節的數量記錄下來，並等未來使用。

 SDS的行爲同Java中的StringBuilder相似。

2.list

 list結構是個標準的無環雙向鏈表實現，結構以下:

 具體過程再也不講解，網上對該結構的講解比較多。

3.dict

 dict結構是個標準的字典實現，使用鏈地址法解決衝突。Dict的結構以下:

 其中ht是一個長度爲2的數組，通常狀況下只使用了ht[0]，ht[1]用於rehash過程。rehashidx記錄了rehash的過程，-1表示沒有在進行。redis採用漸進式rehash的方式來rehash，防止在數量龐大時致使服務器在一段時間內中止服務。

 漸進式rehash的主要過程爲：爲dict的ht[1]哈希表分配空間，能夠是擴容，也能夠是縮容;將保存在ht[0]中的全部鍵值對從新計算索引值，rehash到ht[1]上;遷移完成後釋放ht[0]，將ht[1]設置爲ht[0],並在ht[1]新建立一個空白哈希表，爲下一次rehash作準備。

4.jump List

 跳錶是有序集合的底層實現之一。

 關於跳錶的細節，能夠看下面的介紹

 redis使用跳錶不用紅黑樹的緣由在於：

 在插入、刪除、查找以及迭代輸出有序序列這幾個操做上，跳錶跟紅黑樹的時間複雜度是同樣的，可是在按區間查找數據的操做上，跳錶的效率比紅黑樹更高。

1. 跳錶較紅黑樹更好實現，意味着可讀性好、不易出錯。

2. 跳錶更加靈活，能夠經過改變索引結構來平衡執行效率和內存消耗之間的關係

5.intset

 當一個集合只包含整數值元素，而且這個集合的元素數量很少時，redis就會使用整數集合做爲集合的底層實現。下面是intset的結構

 其中content用於存儲整數集合的值，length爲content的長度，encoding爲content中存儲的整數的類型，能夠爲int_16,int_32和int_64。

 當須要新增元素到intset裏時，redis會保證元素是有序的。若是content長度不夠或者新增的類型同encoding的類型不一樣，還會觸發intset的升級。升級過程包括從新分配content大小（以新的encoding類型爲準），必要時提高encoding的類型，移動元素的位置，最後修改length屬性。

 注意，intset不支持降級操做，一旦對數組進行了升級，編碼就會一直保持升級後的狀態。

6.zipList

 當一個列表鍵只包含少許列表項，而且每一個列表項要麼就是小整數，要麼就是長度比較短的字符串，那麼就會使用壓縮列表來作列表鍵的底層實現。

 壓縮列表的結構以下:

 每一個zipList節點的組成部分以下:

每一個節點保存一個字節數據或者一個整數值，其中字節數組和整數值都容許保存不一樣的長度,由encoding屬性決定。previous_entry_length屬性則記錄了前一個節點的長度，使用1個字節或者5個字節來存儲，在新節點加入時可能引發連鎖更新.

7.object

 Redis以對象的形式來存儲鍵值，提供了字符串對象，列表對象，哈希對象，集合對象和有序集合對象5種類型。並使用引用計數來管理對象的回收。

 對象結構的主要屬性包括type，encoding和ptr屬性。

 其中type屬性記錄了對象的類型，這個屬性的值包括:

類型常量	對象的名稱
REDIS_STRING	字符串對象
REDIS_LIST	列表對象
REDIS_HASH	哈希對象
REDIS_SET	集合對象
REDIS_ZSET	有序集合對象

 encoding記錄了對象使用了什麼數據結構的對象底層實現，這個屬性的值包括:

編碼常量	編碼所對應的底層數據結構
REDIS_ENCODING_INT	long類型的整數
REDIS_ENCODING_EMBSTR	embstr編碼的簡單動態字符串
REDIS_ENCODING_RAW	簡單動態字符串
REDIS_ENCODING_HT	字典
REDIS_ENCODING_LINKEDLIST	雙端鏈表
REDIS_ENCODING_ZIPLIST	壓縮列表
REDIS_ENCODING_INTSET	整數集合
REDIS_ENCODING_SKIPLIST	跳躍表和字典

1.REDIS_STRING

 字符串對象的編碼能夠爲INT,EMBSTR或者RAW。當字符串對象保存的是整數，且該整數可以用long來表示，則使用int存儲整數值;當保存的是一個字符串，且長度小於39字節，則使用embstr編碼，大於39字節則使用raw編碼.關於二者的區別，能夠看下面的說明。而embstr要以39個字節來劃分的緣由能夠看這個說明

2.REDIS_LIST

 列表對象的編碼能夠爲ZIPLIST或者LINKEDLIST。

 當列表對象能夠同時知足如下兩個條件時，列表對象使用ziplist編碼：

1. 列表對象保存的全部字符串元素的長度都小於64字節;

2. 列表對象保存的元素數量小於512個 若不知足則使用linkedlist編碼，該條件能夠經過配置文件的配置項list-max-ziplist-value和list-max-ziplist-entries進行修改。

3.REDIS_HASH

 哈希對象的編碼能夠爲ZIPLIST或者HASHTABLE

 當哈希對象能夠同時知足如下兩個條件時，哈希對象使用ziplist編碼：

1. 哈希對象保存的全部鍵值對的鍵和值的字符串當度都小於64字節;

2. 哈希對象保存的鍵值對數量小於512個  若不知足則使用hashtable編碼，該條件能夠經過配置文件的配置項hash-max-ziplist-value和hash-max-ziplist-entries進行修改。

4.REDIS_SET

 集合對象的編碼能夠爲INTSET或者HASHTABLE

 當集合對象能夠同時知足如下兩個條件時，使用intset編碼：

1. 集合對象保存的全部元素都是整數值;

2. 集合對象保存的元素數量不超過512個

 若不知足則使用hashtable編碼，該條件能夠經過配置文件的配置項set-max-intset-entries進行修改。

5.REDIS_ZSET

 有序集合的編碼能夠爲ZIPLIST或者SKIPLIST

 當有序集合對象同時知足如下兩個條件時，使用ziplist

1. 有序集合保存的元素數量小於128個;

2. 有序集合保存的全部元素成員的長度都小於64字節;

 若不知足則使用skiplist編碼，該條件能夠經過配置文件的配置項zset-max-ziplist-entries和zset-max-ziplist-values進行修改。

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