redis—底层数据结构详解

一、redisObject

在redis中基本的结构对象我们称之为RedisObject，其源码如下：

其中：

type:表示值的数据类型。

encoding：值的编码方式，就是其底层的数据结构实现。

lru：记录了对象最后一次被访问的时间，用于淘汰过期的键值对。

refcount：记录了对象的引用计数。

*ptr：指向数据的指针。

二、String的动态字符串

在redis底层中对，string的表示主要有三种结构，分别是int编码格式；embstr编码格式；raw编码格式。

当长度小于20，并且是数值类型时，其底层就是用long来进行数据存储；这样做的好处就是可以减少空间占用，使用long的话最多也就占8个字节，使用char类型的话，会占用更多的内存空间。

当存储是字符串的数据时，并且字符串的长度小于等于44字节时，以及长度大于22时，RedisObject和SDS会被分配到同一块内存空间，这样可以避免内存碎片化的问题，这种方式称为embstr编码方式。

当存储是字符串的数据时，并且字符串的长度大于44字节时，那么RedisObject和SDS不会被分配在同一片内存空间，这种方式称为raw编码方式

其中SDS即Simple Dynamic String，其构造如下图所示：

其中：

len：占用4个字节，表示buf的已用长度

alloc：占用4个字节，表示buf实际分配的长度

buf：字节数组，保存实际的数据，为了表示字节数组的结束，redis默认在最后加一个"\0"多占用1个字节。

三、List

List数据结构：其底层的数据结构实现是 双向链表 + 压缩链表（ziplist），通过将每个压缩表用双向链表的方式连接起来，来节省内存空间。

ziplist是一个经过特殊编码的双向链表，它的设计目标就是为了提高存储效率，节省内存空间。ziplist可以用于存储字符串或整数，其中整数是按真正的二进制表示进行编码的，而不是编码成字符串序列。它能以O（1）的时间复杂度在表的两端提供push和pop操作。

其中：

zlbytes：表示列表长度

zltail：表示列表尾的偏移量

zllen：表示列表中entry的数量

zlend：用255来表示结束符

每个entry的结构如下：

prev_len：表示前一个entry的长度；有两种表示方式

1字节——取1字节表示前一个entry的长度小于254个字节

5字节——其它长度时，取5字节

encoding：表示编码方式，占用1字节

len：表示自身长度，占4字节

content:保存的实际数据

四、hash

Hash：其底层结构主要有两种方式来实现：hash表（dict）和ziplist，其默认实现是ziplist。

hash结构如下图所示：

并且在redis是存在两个hash表（hash1、hash2），一开始数据量不大的时候，我们的数据都会存放在hash1表中，当我们的key的数量在不断增加的时候，触发我们的rehash过程，这个时候hash2的结构是hash1的2倍，那么这个rehash的过程其实就是每一次操作过程中进行的，每次一个请求，都会讲一个哈希桶的数据放在hash2中，这样可以将操作分散在每个操作中，不会出现系统突然的卡顿现象。其流程如下：

rehash的过程：

给哈希表2分配更大的空间，例如是原来哈希表1的两倍

将哈希表1中的数据重新映射并拷贝到哈希表2中；

释放掉哈希表1中的空间

当发生如下两个情况时ziplist会转化成dict；并且这个过程是不可逆的。

超过ziplist单个entry的长度限制；默认为64bytes

超过ziplist最大entry个数限制：默认是512

五、Set

Set数据结构：其底层主要有整数数组（INTSET）和哈希表两种实现方式。当我们创建set的时候如果遇上成员是整形字符串时，会直接使用intset编码存储。intset的数据结构：

其中：整数数组的一个有序集合，其内部是采用二分查找来定位元素位置。

encoding表示编码格式：表示intset中每个元素采用以下哪种方式存储，有三种类型INT16（2字节），INT32（4个字节），INT64（8个字节）

length：元素个数，表示intset保存在contents中的元素个数

contents：实际存储的数据

每个编码格式的转化如下图所示：

 六、Sorted Set

zset数据结构：即有序的set，其底层时间是ziplist和skiplist。

skiplist结构如下图所示：

其中：skiplist的头部元素是不存储数据的，其值是存储在后面的节点中，span表示的就是步长

header表示头部元素，tail表示尾部元素

length表示元素个数

level表示层级

当符合以下条件中的任意一个时使用skiplist结构存储：

配置了ziplist的最大元素个数为0，即不使用ziplist

配置了ziplist的最大元素个数，并且zset元素大于它

其中zset底层两种结构可以发生相互转化的过程

ziplist转化成skiplist

当ziplist的元素个数大于配置的最大值时，会强制转化成skiplist编码格式（默认128）

当要插入ziplist的元素长度大于配置的最大值时，会强制转化成skiplist编码格式（默认64）

skiplist转换成ziplist

skiplist中元素长度小于配置的ziplist最大值，并且skiplist中元素的最大长度小于等于配置的ziplist元素最大值