redis五种数据类型对应的底层数据结构

redis是一种非关系型key-value内存数据库。

redis的五种数据类型

字符串：string；
哈希（也叫哈希表、字典，下文中统一称为哈希。）：hash；
列表：list；
集合：set；
有序集合：sorted set。

这里的数据类型是针对于value来说的，key全是字符串类型。

redis的这些数据类型在底层都是使用核心对象redisObject表示的。

redis核心对象redisObject

redisObject对象有以下属性：
type、encoding、ptr、其它信息。

type数据类型

对应的是value五种数据类型。
字符串：REDIS_STRING；
哈希：REDIS_HASH；
列表：REDIS_LIST；
集合：REDIS_SET；
有序集合：REDIS_ZSET。

encoding编码类型

表示的value保存的编码。

要注意type和encoding不是一一对应的，是组合！

ptr指针

指向了实际保存value的数据结构。

redis五种数据类型对应的底层数据结构

String字符串类型

String类型的编码方式，即encoding有三种：int、embstr、raw。
value的值是整数，encoding为int，没有对应底层数据结构；
value长度小于32，encoding为embstr，长度大于，32编码为raw，embstr和raw都使用SDS数据结构存储。

SDS

SDS是简单动态字符串simple dynamic string的缩写。
SDS有三个属性：

struct sdshdr{
	int len; // 字符串长度
	int free; // 未使用的字节长度
	char buf[]; // 保存字符串的字节数组
}
1
2
3
4
5

c语言中的结构体struct，类似Java中的类class。

redis是c语言实现的，
c语言中的字符串类型不会记录自身长度，获取长度要通过遍历得到，时间复杂度是O(n)，需要n次，（最多）
SDS只需读取len属性，时间复杂度是O(1)，也就是最多1次；
SDS在修改前会根据free属性判断空间是否满足，不满足就会扩容，避免内存溢出；
SDS提供’空间预分配’和’惰性空间释放’两种策略，在分配空间时，分配的空间比实际需要的多，
避免频繁增加字符串长度导致多次扩容带来的成本升高，
当字符串收缩的时候，不会立即回收不使用的空间，等以后使用时释放。

hash哈希类型

哈希类型的编码方式有ziplist、ht两种，分别对应ziplist和hashtable两种底层数据结构，
当哈希对象的键值对数量小于512，并且所有键值对的长度都小于64字节时，使用压缩列表ziplist，否则使用hashtable。

ziplist压缩列表

压缩列表并不是说以某种算法压缩存储数据，它是一组连续的内存块，能够节省空间。

压缩列表的内存结构：
zlbytes：4个字节大小，是压缩列表占用内存的字节数；
zltail：4个字节大小，记录表尾节点距离起始地址的偏移量，用于快速定位到尾节点地址；
zllen：2个字节大小，压缩列表中的节点数；
entry：列表中的每一个元素；
zlend：压缩列表的特殊结束符号’0xFF’。

一个entry节点包含以下三部分：
previous_entry_ength：记录前一个节点entry的长度，可用于计算前一个节点的起始地址，因为它们的地址是连续的；
encoding：content的内容类型和长度；
content：每个节点的内容。

hashtable哈希表

hashtable和java中的hashmap相似。

list列表类型

redis3.2之前，列表类型使用ziplist、linkedlist两种底层数据结构存储，
当列表的长度小于512，并且所有元素的长度都小于64时，使用ziplist，否则使用linkedlist。
redis3.2以后，则统一使用quicklist。

ziplist压缩列表

上边说过了。

linkedlist、quicklist

linkedlist、quicklist是个双向链表，双向链表中的每个节点，分别持有对前一个和后一个节点的引用prev、next，
头结点的prev引用、尾结点的next引用分别指向null。

set集合类型

集合类型使用intset、hashtable这两种底层数据结构存储，
如果集合中的所有元素都可以转换成整数值，且长度小于512，使用intset，否则用hashtable。

intset整数集合

整数集合中的元素有三个属性：
encoding：编码方式，有INTSET_ENC_INT16、INTSET_ENC_INT32、INTSET_ENC_INT64三种；
contents[]：元素内容；
length：元素内容长度。

整数集合中新增元素时，若是超出了长度，就会进行升级：
一、扩展数组contents的大小，并且数组的类型为新元素的类型；
二、将原来数组中的元素转为新元素的类型，并放到新的数组中；
三、整数集合在升级后就不会再降级，会一致保持升级后的状态。

hashtable哈希表

上边说过了。
有一点不同，
set中哈希表的value都是null，只用map的key实现集合。

zset有序集合类型

zset有序集合与集合相比，区别在于有序集合中的元素多了一个score属性，即排名的权重。
有序集合使用ziplist、skiplist这两种底层数据结构存储，
当集合长度小于128，并且所有的元素长度都小于64字节时，使用ziplist，否则使用skiplist。

ziplist压缩列表

上边说过了。

skiplist跳跃表

跳跃表是具有层次结构的链表。
它由很多层组成，每一层都是一个有序的链表，
由上到下每层节点数逐渐密集，最上层的节点最稀疏，跨度也最大，
下面这句话有点绕，但很重要：
每一层的每一个节点，都指向同一层下一位置的节点，和下一层同一位置的节点，
有点像mysql innodb的b+tree，支持范围查找，上层相当于索引层，下层是数据层，
bw是后退指针，在从下向上遍历的时候使用。

refs：
java技术爱好者：Redis的五种数据类型底层实现原理是什么
黎杜：最详细的Redis五种数据结构详解
溪午闻璐：Redis之跳跃表