redis五种数据结构特点

news2024/11/17 16:34:39

redis五种数据结构特点

redis-string
- 介绍
- SDS内部存储数据结构
- 三种编码方式
- 特点总结
redis-list
- 介绍
- quicklist
- 特点总结
redis-hash
- 特点总结
redis-set
- 介绍
特点总结
redis-zset
- 介绍
- 特点总结

redis使用五种数据结构，分别是string（字符串），list（列表），hash（哈希表），set（集合），zset（有序列表）。
下面介绍他们的一些特点

redis-string

介绍

string是redis中最基础的数据结构，就是KV键值对中V值的类型是字符串。

SDS内部存储数据结构

redis没有使用char数组来存储字符串，而是使用SDS（simple dynamic string）来存储字符串。SDS是一种数据结构，定义为：

struct sdshdr {
    //记录buf数组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[];
}

free属性表示这个SDS未使用的空间；
len属性表示这个SDS保存了一个len字节长的字符串；
buf属性是一个char类型的数组，它是一个柔性数组，前面的字节保存了字符串，最后一个字节则保存了空字符’\0’。（保留这种设计是为了让SDS可以直接重用一部分C字符串函数库里面的函数）

相比于c字符串，SDS的优势：

SDS获取字符串长度的时间复杂度是O(1)，c字符串是O(n)；
SDS在字符串长度增减时自动处理分配空间，杜绝内存溢出的操作；相比c字符串，减少了内存重分配的次数；
SDS是二进制安全的。C字符串中的字符必须符合某种编码(比如ASCII),并且除了字符串的末尾之外，字符串里面不能包含空字符，否则最先被程序读入的空字符将被误认为是字符串结尾，这些限制使得C字符串只能保存文本数据，而不能保存像图片、音频、视频、压缩文件这样的二进制数据。而SDS不会出现因为特殊字符导致字符串被截断的问题，SDS的API都是二进制安全的(binary-safe)，所有SDS API都会以处理二进制的方式来处理SDS存放在buf数组里的数据。

三种编码方式

redis为了更好的节省空间，采用不同方式的存储。

当保存的是 Long 类型整数时，RedisObject 中的指针就直接赋值为整数数据了，这样就不用额外的指针再指向整数了，节省了指针的空间开销。
当保存的是字符串数据，并且字符串小于等于 44 字节时，RedisObject 中的元数据、指针和 SDS 是一块连续的内存区域，这样就可以避免内存碎片。这种布局方式也被称为 embstr 编码方式。
当保存的是字符串数据，并且字符串大于 44 字节时，SDS 的数据量就开始变多了，Redis 就不再把 SDS 和 RedisObject 布局在一起了，而是会给 SDS 分配独立的空间，并用指针指向 SDS 结构。这种布局方式被称为 raw 编码模式。

特点总结

采用SDS数据结构进行存储，相比c字符串效率更高，更安全
当字符串是long类型整数时，直接采用int格式存储；
当字符串是<=44字节的字符串，采用embstr格式存储；
当字符串是>44字节的字符串，采用raw格式存储；

redis-list

介绍

list在redis中代表一种可以双向插入，删除的链表。

quicklist

quicklist是redis中list使用的数据结构，它是由双向链表和ziplist组成的。
其主体是一个双向链表，链表中的每一个元素是一个ziplist，每当ziplist超过list-max-ziplist-size大小的时候（默认8字节），就会新建一个ziplist。
这样设计的好处是即保留了链表头尾插入，删除元素的高效，也使得中间元素的查询变得更加高效。

特点总结

采用quicklist进行存储

redis-hash

特点总结

redis中的hash使用ziplist和hashtable作为存储数据结构
使用ziplist的条件：
– key < 64 bytes
– value < 64 bytes
– 元素个数 < 521
– 否则就会使用hashtable
redis中的hashtable是使用dictht实现的
其中，table 结构是一个 dictEntry 类型的数组，而 dictEntry 是一个单向链表中的节点，代表的是 hashtable 中的一条记录，包含了该条记录的 key、value 以及指向下一个节点（下一条记录）的指针（hash 碰撞）。
dictEntry 中的 key 和 val 都是 void 类型，意味着可以存储任意数据类型。所以，即使 Redis 中一些数据类型本身的底层实现也是 hashtable（set、zset、hash 等），但仍然可以存储在 redisDb 中的 dict 中。
dictht 中的 size 表示 hashtable 中 bucket 的数量，sizemask 是 size 的位掩码，用于计算对应的 key 应该存储在哪个 bucket 当中（位运算的效率高于取模运算）。而 used 则用来存储当前 hashtable 中实际存储的记录（元素）的数量。