【redis】- 数据结构及底层编码篇

数据结构

• String
  • bitmaps也是“字符串”
  • 使用场景
    • 缓存
    • 计数
    • 共享Session
    • 限速（限流）
• Hash
  • 使用场景
    • 缓存用户信息（多属性）
• List
  • 使用场景
    • 关注列表
    • 粉丝列表
    • 消息列表
    • 场景使用口诀：
      • lpush+lpop=Stack（栈）
      • lpush+rpop=Queue（队列）
      • lpsh+ltrim=Capped Collection（有限集合）
      • lpush+brpop=Message Queue（消息队列）
• Set
  • 使用场景
    • 标签（关系的维护必须是原子性，lua）
      • 标签添加用户
      • 用户调加标签
  • set 是可以自动排重的
• Sorted Set（ZSet）
  • zset增加了一个权重参数score,使得集合中的元素能够按score进行有序排列
  • 使用场景
    • 排行榜
    • 用在"延时队列",通过将对应的过期时间设置为对应的score实现

底层编码

• 字符串 SDS(Simple Dynamic String)：
  • emb：
    • 长度 <= OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT
    • 它将RedisObject对象头和SDS对象连续存在一起，使用malloc方法一次分配，高并发写入场景中建议字符串小于该值，减少创建redisObject内存分配次数， 从而提高性能
  • raw：
    • 长度 > OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT
    • raw 存储形式不一样，它需要两次malloc，两个对象头在内存地址上一般是不连续的

• 长度OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT与redis版本有关

• 结构图

• 字典 dict
  • dict 结构内部包含两个 hashtable，通常情况下只有一个 hashtable 是有值的。但是在dict扩容缩容时，需要分配新的hashtable，然后进行渐进式搬迁()，这时候两个hashtable存储的分别是旧的hashtable和新的hashtable。待搬迁结束后，旧的hashtable被删除，新的hashtable 取而代之
  • 渐进式 rehash:渐进式 rehash 小步搬迁
    • 被动搬迁：来自客户端指令（hset/hdel）
    • 主动搬迁：定时任务databaseCron
  • 扩容条件
    • 正常情况下，当hash表中元素的个数等于第一维数组的长度时，就会开始扩容，扩容的新数组是原数组大小的2倍。不过如果Redis正在做bgsave，为了减少内存页的过多分离 (Copy On Write)，Redis尽量不去扩容(dict_can_resize)，但是如果hash表已经非常满了，元素的个数已经达到了第一维数组长度的5倍(dict_force_resize_ratio)，说明hash表已经过于拥挤了，这个时候就会强制扩容
  • 缩容条件
    • 缩容的条件是元素个数低于数组长度的10%。缩容不会考虑 Redis 是否正在做 bgsave

• 压缩列表 ziplist
  • 支持双向遍历
  • 级联更新 （O(n)~O(n2))

• 快速列表 quicklist (待补充)
  • quicklist 是 ziplist和linkedlist的混合体，它将linkedlist按段切分，每一段使用 ziplist 来紧凑存储，多个 ziplist 之间使用双向指针串接起来
  • 为了进一步节约空间，Redis还会对ziplist进行压缩存储，使用LZF算法压缩，可以选择压缩深度
  • quicklist 内部默认单个ziplist长度为8k字节，超出了这个字节数，就会新起一个ziplist。 ziplist 的长度由配置参数 list-max-ziplist-size 决定

• 跳跃列表 skiplist
  • 基础结构:Redis 的跳跃表共有64层，意味着最多可以容纳2^64次方个元素。每一个 kv 块对应的结构如下面的代码中的 zslnode 结构，kv header也是这个结构，只不过 value 字段是 null 值——无效的， score 是Double.MIN_VALUE，用来垫底的。 kv 之间使用指针串起来形成了双向链表结构，它们是有序 排列的，从小到大。不同的 kv 层高可能不一样，层数越高的kv越少。同一层的kv会使用指针串起来。每一个层元素的遍历都是从 kv header 出发

• 紧凑列表 listpack
  • 对 ziplist 结构的改进，在存储空间上会更加节省，而且结构上也比 ziplist 要精简
  • 元素之间独立，不存在级联更新

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• 注意：编码类型转换在Redis写入数据时自动完成， 这个转换过程是不可逆的， 转换规则只能从小内存编码向大内存编码转换

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• 附图