Redis数据结构的实现

Redis的数据以K-V形式存储,K和V都是一个对象,每个对象都由结构体redisObject表示。

struct redisObject {
       unsigned type:4;  // 类型
       unsigned encoding:4; // 编码
       void * ptr; // 指向底层实现数据结构的指针
       ...
}

为了节约内存,结构体内使用了位字段。

对象的type有五种,可根据命令type key获得

  1. string
  2. list
  3. hash
  4. set
  5. zset

coding决定了对象的底层实现,可根据命令object encoding key获得

  1. int:long类型整数
  2. embstr:存储短字符串。
  3. raw:简单动态字符串(SDS),用来存储长字符串。
  4. linkedlist:双向链表
  5. hashtable:由链表数组实现
  6. ziplist:压缩列表
  7. intset:(小型)整数集合。由整型数组实现,数组中的元素有序排列,且不重复。
  8. skiplist:跳表

需要注意的是redis的数据结构是动态类型,其底层实现可能会发生变化。

  1. string(string是五种类型中唯一一种会被其他四种对象嵌套的类型)
    int:存储long类型的整数
    embstr:字符串长度小于等于39字节,或者double浮点数
    raw: 字符串长度大于39字节,或者long和double无法存储的数字
  2. list
    ziplist:元素数量小于512,且每个字符串长度小于64
    linkedlist:不满足上述条件
    在新版的redis中,实现方式是quicklist
  3. hash
    ziplist:K-V数量小于512,且K和V的字符串长度小于64
    hashtable:不满足上述条件
  4. set
    intset:集合中元素数量小于512,且所有元素都是整数
    hashtable:不满足上述条件
  5. zset
    ziplist:有序集合元素数量小于128,且所有元素的长度小于64
    skiplist & hashtable:不满足上述条件

本地做一个简单的测试:


可以看到264-1和264的底层实现是不一样的,两者都不能进行incr操作,一个会溢出,一个不是不能进行整数操作。

参考:Redis 为何这么快?聊聊它的数据结构

记得在去年看过一篇讲redis 数据结构的文章,非常深刻,有些东西对我非常有益,不过没怎么吸收。

skiplist与平衡树、哈希表的比较
  1. skiplist和各种平衡树(如AVL、红黑树等)的元素是有序排列的,而哈希表不是有序的。因此,在哈希表上只能做单个key的查找,不适宜做范围查找。所谓范围查找,指的是查找那些大小在指定的两个值之间的所有节点。
  2. 在做范围查找的时候,平衡树比skiplist操作要复杂。在平衡树上,我们找到指定范围的小值之后,还需要以中序遍历的顺序继续寻找其它不超过大值的节点。如果不对平衡树进行一定的改造,这里的中序遍历并不容易实现。而在skiplist上进行范围查找就非常简单,只需要在找到小值之后,对第1层链表进行若干步的遍历就可以实现。
  3. 平衡树的插入和删除操作可能引发子树的调整,逻辑复杂,而skiplist的插入和删除只需要修改相邻节点的指针,操作简单又快速。
  4. 查找单个key,skiplist和平衡树的时间复杂度都为O(log n),大体相当;而哈希表在保持较低的哈希值冲突概率的前提下,查找时间复杂度接近O(1),性能更高一些。所以我们平常使用的各种Map或dictionary结构,大都是基于哈希表实现的。
  5. 从算法实现难度上来比较,skiplist比平衡树要简单得多。

2019-07-24
redis的数据结构是动态实现的,一个是轻量级的杀鸡刀,一个是重量级的杀牛刀。

参考:Redis为什么用跳表而不用平衡树?

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