Redis-数据结构-整数集合、压缩列表

一、整数集合

        整数集合(intset)是集合键的底层实现之一,当一个集合只包含整数值元素,并且元素数量不多,Redis使用整数集合作为集合键的底层实现。可以保存类型为 int16_t、int32_t、int64_t 的整数值,并保证不会出现重复元素。

        1、实现结构

        contents数组是整数集合的底层实现,每个元素都是contents数组的一个数组项(item),各个项按值从小到大有序排列,并且数组中不包含重复项。

        length属性记录了整数集合包含的元素数量。

        虽然intset结构将contents属性声明为int8_t类型的数组,但实际上contends数组并不保存任何int8_t类型的值,contents数组的真正类型取决于encoding属性的值。

        2、升级

        当新元素添加到整数集合,并且新元素的类型比整数集合现有元素的类型都要长时,整数集合先进行升级(upgrade),然后将新元素添加到升级后的整数集合里。

        升级步骤:

1)根据新元素的类型,扩展整数集合底层数组的空间,并未新元素分配空间

2)将底层数组现有的所有元素转换成与新元素相同的类型,并将类型转换后的元素放置到正确的位置上,(在放置过程中继续维持底层数组有序性质不变)

3)将新元素添加到底层数组

        每次向整数集合添加新元素都可能引起升级,每次升级都需要对底层数组中所有的元素进行类型转换,所以向整数集合添加新元素的时间复杂度为O(n)

        升级的好处:

1)提升整数集合的灵活性

2)尽可能节约内存

        3、降级

整数集合不支持降级操作一旦对数组进行升级,编码就会一直保持升级后的状态。


二、压缩列表

        压缩列表(ziplist)是列表键和哈希键的底层实现之一。

        当一个列表键只包含少量列表项,并且每个列表项要么是小整数值,要么是长度较短的字符串,Redis就使用压缩列表来做列表键的底层实现。

        1、结构实现

压缩列表是Redis为了节约内存而开发的,由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序型数据结构。一个压缩列表可以包含任意多个节点,每个节点保存一个字节数组或者一个整数值

zlbytes: 记录整个压缩列表占用的内存字节数

zltail: 记录压缩列表表尾节点距离压缩列表的起始地址的字节数

zllen: 记录压缩列表包含的节点数量

entryX: 压缩列表各个节点

zlend: 特殊值0xFF,标记压缩列表的末端

        2、压缩列表节点

        每个压缩列表节点可以保存一个字节数组或者一个整数值;每个节点由previous_entry_lengthencodingcontent组成。

字节数组可以是:1)长度小于等于63(2^6-1)字节的字节数组;2)长度小于等于12383(2^14-1)字节的字节数组;3)长度小于等于4294967295(2^32-1)字节的字节数组

整数值可以是:1)4位(0至12)之间的无符号整数;2)1字节长的有符号整数;3)3字节长的有符号整数;

4)int16_t类型整数;5)int32_t类型整数;6)int64_t类型整数

                2.1、previous_entry_length

        记录前一个节点的字节长度,属性本身的长度可以是1字节或者5字节。

1)如果前一个节点的长度小于254字节,那么previous_entry_length属性的长度为1字节。

2)如果前一个节点的长度大于等于254字节,那么previous_entry_length属性的长度为5字节,其中第一个字节为0xFE(十进制254),之后的四个字节用于保存前一个节点的长度。

        通过指针运算,可以通过当前节点计算出前一个节点的起始地址

                2.2、encoding

        encoding属性记录了节点的content属性所保存数据的类型及长度。

   1)一字节、两字节或者五字节长,值的最高位分别为00、01或者10的是字节数组编码,表示content保存的是字节数组,数组长度由编码除去最高两位之后的其他位记录。

2)一字节长,值的最高位为11开头的是整数编码,表示content存储的是整数值,类型和长度由编码除去最高两位之后的其他位记录。

                2.3、content

        content属性负责保存节点的值,类型和长度由encoding决定

                2.4、连锁更新

                添加新节点可能导致连锁更新。

            删除节点也可能导致连锁更新

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