Redis设计与实现-笔记(二)

数据结构与对象

跳跃表

  • 跳跃表是有序集合的底层实现之一, 除此之外它在 Redis 中没有其他应用。
  • Redis 的跳跃表实现由 zskiplist 和 zskiplistNode 两个结构组成, 其中 zskiplist 用于保存跳跃表信息(比如表头节点、表尾节点、长度), 而 zskiplistNode 则用于表示跳跃表节点。
  • 每个跳跃表节点的层高都是 1 至 32 之间的随机数。
  • 在同一个跳跃表中, 多个节点可以包含相同的分值, 但每个节点的成员对象必须是唯一的。
  • 跳跃表中的节点按照分值大小进行排序, 当分值相同时, 节点按照成员对象的大小进行排序。

整数集合

整数集合是redis Set数据结构的实现之一,等Set中的数据只有整数的时候,就会使用它,整数集合可以保存,从16位到64位的整数,


  • encoding 属性决定了,集合使用那种长度的int类型存储数据。
  • length 记录总数
  • cotents 数组按从小到大的顺序保存着整数数据,它的类型是由encoding属性觉得的。
    升级:如果一个新添加的元素的长度超过了 encoding类型的长度,那么整数集合就会自动执行升级操作,就是指,按照新元素的大小,重新分配一个数组空间,然后将原来contents中的内容转换成新的类型,在顺序存在新的数组中,最后将新元素存放在length-1处。

压缩列表

Redis会在当列表键的,元素是小整数,或是短字符串时,使用压缩列表作为底层实现,可见压缩列表是Redis为了节省内存而开发的。

对象

Redis并没有直接使用如SDS,字典,整数集合等等的数据结构来实现键值对数据库,而是基于这些数据结构构建的对象系统,分别是

  • 字符串对象
  • 列表对象
  • 哈希对象
  • 集合对象
  • 有序集合对象

Redis 的对象系统还实现了引用计数的垃圾回收器,并且Redis 还通过引用计数技术实现了对象共享机制, 这一机制可以在适当的条件下, 通过让多个数据库键共享同一个对象来节约内存。Redis 的对象带有访问时间记录信息, 该信息可以用于计算数据库键的空转时长, 在服务器启用了 maxmemory 功能的情况下, 空转时长较大的那些键可能会优先被服务器删除。

内存回收

redis 使用 redisObject结构中的refcount属性记录引用计数,当对象初始化的时候计数为1,每有一个新的引用就自增1,相反就自减1,到最后计数为0就会被回收。

typedef struct redisObject {
    // ...
    // 引用计数
    int refcount;
    // ...
} robj;

对象共享

redis利用引用计数的功能实现了整数字符串对象的共享功能,(两个键指向同一个对象,引用计数加1)

Redis 会在初始化服务器时, 创建一万个字符串对象, 这些对象包含了从 0 到 9999 的所有整数值, 当服务器需要用到值为 0 到 9999 的字符串对象时, 服务器就会使用这些共享对象, 而不是新创建对象。

因为Redis共享对象需要先确认两个对象是否相同,字符串对象和哈希对象验证操作的复杂度为O(N)和O O(N^2),而整数字符串是O(1)所以redis只共享整数字符串对象。

类型检查与命令多态

Redis中操作对象的命令分为两种分别是,多态命令和特定类型命令,Redis在执行特定类型命令是会先对操作值进行类型检查,如果配型不匹配的话就会直接返回错误。

对象的编码与类型

Redis中的一个键值对有两部分组成,键对象和值对象,对象在底层都由redisObject结构存储。

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

其中编码代表着ptr指针指向的结构的类型,就比如:同样是列表键对象,但是可以由压缩表,双端链表实现,encoding 就是决定到底使用那种数据结构去实现对象结构。

数据类型和编码方式:

数据类型 编码方式 转换条件 结构
字符串对象 int 整数字符串
raw 大于39字符的字符串值
embstr 小于等于39个字符
列表对象 ziplist 列表对象保存的所有字符串元素的长度都小于 64 字节,元素数量小于 512 个
linkedlist 相反
哈希对象 ziplist 长度都小于 64 字节,元素数量小于 512 个
hashtable 相反
集合对象 intset 所有元素都是整数值,元素数量不超过 512 个
hashtable 相反
有序集合对象 ziplist 元素数量小于 128 个,所有元素成员的长度都小于 64 字节
skiplist 底层同时使用跳跃表和字典两种结构
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