Redis基础(一)数据结构与数据类型

Redis一共有六种数据结构,分别是简单动态字符串、链表、字典、跳表、整数集合、压缩列表。

简单动态字符串(SDS)

Redis只会使用C字符串作为字面量,在大多数情况下,Redis使用SDS(Simple Dynamic String,简单动态字符串)作为字符串表示。

SDS的数据结构:

struct sdshdr { // 记录buf数据中已使用字节的数量 // 等于SDS所保存字符串的长度 int len; // 记录buf数组中未使用字节的数量 int free;; // 字节数组,用于保存字符串 char buf[]; }

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比起C字符串,SDS具有以下优点:

常数复杂度获取字符串长度

杜绝缓冲区溢出

减少修改字符串时带来的内存重分配次数

二进行安全

兼容部分C字符串函数

链表(list)

链表的数据结构:

typedef struct listNode { // 前置节点 struct listNode *prev; // 后置节点 struct listNode *next; // 节点的值 void *value; }listNode; typedef struct list { // 表头节点 listNode *head; // 表尾节点 listNode *tail; // 链表所包含的节点数量 unsigned long len; // 节点值复制函数 void *(*dup)(void *ptr); // 节点值复制函数 void (*free)(void *ptr); // 节点值对比函数 int (*match)(void *ptr,void *key); }list;

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链表被广泛用于实现Redis的各种功能,比如列表键、发布与订阅、慢查询、监视器等。

每个链表节点由一个listNode结构来表示,每个节点都有一个指向前置节点和后置节点的指针,所以Redis的链表实现是双端链表。

每个链表使用一个list结构来表示,这个结构带有表头节点指针、表尾节点指针,以及链表长度等信息。

因为链表表头节点的前置节点和表尾节点的后置节点都指向NULL,所以Redis的链表实现是无环链表。

通过为链表设置不同的类型特定函数,Redis的链表可以用于保存各种不同类型的值。

字典(dict)

字典的数据结构:

typedef struct dictht { // 哈希表数组 dictEntry **table; // 哈希表大小 unsigned long size; // 哈希表大小掩码,用于计算索引值 unsigned long sizemask; // 该哈希表已有节点的数量 unsigned long used; }dictht; typedef struct dictEntry { // 键 void *key; // 值 union { void *val; uint64_tu64; int64_ts64; }v; // 指向下一个哈希表节点,形成键表 struct dictEntry *next; }dictEntry; typedef struct dict { // 类型特定函数 dictType *type; // 私有数据 void *privdate; // 哈希表 dictht ht[2]; // rehash索引 // 当rehash不在进行时,值为-1 in trehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */ }dict; typedef struct dictType { // 计算哈希值的函数 unsigned int (*hashFunction)(const void *key); // 复制键的函数 void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key); // 复制值的函数 void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj); // 对比键的函数 int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2); // 销毁键的函数 void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key); // 销毁值的函数 void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj); }dictType;

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字典被广泛用于实现Redis的各种功能,其中包括数据库和哈希键。

Redis中的字典使用哈希表作为底层实现,每个字典带有两个哈希表,一个平时使用,另一个仅在进行rehash时使用。

当字典被用作数据库的底层实现,或者哈希键的底层实现时,Redis使用MurmurHash2算法来计算键的哈希值。

哈希表使用键地址法来解决键冲突,被分配到同一个索引上的多个键值对会连接成一个单向链表。

在对哈希表进行扩展或者收缩操作时,程序需要将现有哈希表包含的所有键值对rehash到新哈希表里面,并且这个rehash过程并不是一次性地完成的,而是渐进式地完成的。

跳表(skiplist)

跳表(skiplist)是一种有序数据结构,它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针,从而达到快速访问节点的目的。跳表查询的时间复杂度O(logN)、最坏情况是O(N),还可以通过顺序操作来指处理节点。

跳表的数据结构:

typedef struct zskiplistNode { // 层 struct zskiplistLevel { // 前进指针 struct zskiplistNode * forward; // 跨度 unsigned int span; } level[]; // 后退指针 struct zskiplistNode *backward; // 分值 double score; // 成员对象 robj *obj; } zskiplistNode; typedef struct zskiplist { // 表头节点和表尾节点 struct zskiplistNode *header, *tail; // 表中节点数量 unsigned long length; // 表中层数最大的节点的层数 int level; } zskiplist;

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跳表是有序集合的底层实现之一。

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