Redis底层数据结构
一、简单动态字符串（SDS）
结构：
struct sdshdr {
int len; // 已使用字节长度
int free; // 未使用字节长度
char buf[]; // 字节数组（兼容C字符串）
};
特点：
- 二进制安全：支持存储包含空字符（
\0）的二进制数据，适用于图片、音频等。 - 高效长度获取：直接读取
len属性，时间复杂度O(1)，而C字符串需遍历O(n)。 - 内存预分配：扩展时分配额外空间（如新长度+扩展后长度x2），减少频繁内存分配。
- 惰性释放：缩短字符串时保留未使用空间，避免立即内存回收。
应用场景：所有Redis键和字符串值的底层实现。
二、压缩列表（Ziplist）
结构：
连续内存块，包含：
zlbytes（总字节数）、zltail（尾节点偏移量）、zllen（元素个数）- 每个节点存储前驱长度、当前数据类型/长度、实际数据
zlend标记结尾（0xFF）。
特点：
- 内存紧凑：无指针开销，适合小规模数据（如哈希、列表元素少时）。
- 顺序访问：查找中间元素需遍历，时间复杂度O(n)，但头尾操作高效O(1)。
应用场景：小规模哈希（Hash）、列表（List）和有序集合（ZSet）的底层实现。
三、哈希表（Hashtable）
结构：
typedef struct dict {
dictEntry table; // 哈希桶数组
unsigned long size; // 桶数量
unsigned long sizemask; // 哈希掩码（size-1）
unsigned long used; // 已存元素数量
} dict;
特点：
- 链式哈希冲突解决：哈希桶通过链表存储冲突元素。
- 渐进式Rehash：扩容时逐步迁移数据，避免单次迁移阻塞服务。
- 动态扩容：当负载因子（
used/size）超过阈值（默认1）时，扩容至2倍。
应用场景：大规模哈希（Hash）、集合（Set）的底层实现。
四、跳跃表（Skiplist）
结构：
多层有序链表，节点包含：
- 分值（score）用于排序
- 后退指针（BW）用于逆序访问
- 多层前进指针（L1-Ln）加速范围查询。
特点：
- 高效范围查询：时间复杂度O(log n)，适合有序集合的区间操作（如ZRANGE）。
- 动态层数：节点层数基于幂次定律随机生成（1-32层），平衡查询与内存。
应用场景：有序集合（ZSet）的底层实现之一（与哈希表配合）。
五、整数集合（Intset）
结构：
typedef struct intset {
uint32_t encoding; // 编码类型（int16/32/64）
uint32_t length; // 元素数量
int8_t contents[]; // 整数数组
} intset;
特点：
- 自动升级编码：插入更大整数时升级数组类型（如int16→int32）。
- 内存紧凑：仅存储整数，无指针开销。
应用场景：元素均为整数的小规模集合（Set）。
六、快速列表（Quicklist）
结构：
双向链表 + 压缩列表（Ziplist），节点为Ziplist片段。
特点：
- 平衡内存与性能：大列表拆分为多个Ziplist节点，减少内存碎片。
- 支持头尾高效操作：双向链表结构支持快速插入/删除。
应用场景：列表（List）的默认底层实现。
七、其他优化结构
- embstr编码字符串：短字符串（≤44字节）与
redisObject连续存储，减少内存分配次数。 - listpack（替代Ziplist）：新版Redis引入，取消节点间依赖，提升并发安全性。
总结：Redis数据结构选择策略
| 数据类型 | 可能编码 | 选择条件（示例） |
|---|---|---|
| 字符串 | int/embstr/raw | 整数值/短字符串/长字符串 |
| 列表 | quicklist | 所有列表操作（默认） |
| 哈希 | ziplist/hashtable | 字段数≤hash-max-ziplist-entries |
| 集合 | intset/hashtable | 元素全为整数且数量少 |
| 有序集合 | ziplist/skiplist+dict | 元素数≤zset-max-ziplist-entries |
编码与底层数据结构的映射
一、字符串对象（OBJ_STRING）
| 编码方式 | 底层数据结构 | 触发条件与特性 |
|---|---|---|
| OBJ_ENCODING_INT | 直接存储整数值 | 当值为整数且范围在LONG_MIN到LONG_MAX之间时使用，内存占用最小。 |
| OBJ_ENCODING_EMBSTR | 紧凑存储的SDS | 字符串长度≤44字节（Redis 3.2+）时，redisObject与SDS连续存储，减少内存分配次数。 |
| OBJ_ENCODING_RAW | 标准SDS结构 | 字符串长度>44字节或经过修改的embstr对象，支持动态扩容。 |
二、列表对象（OBJ_LIST）
| 编码方式 | 底层数据结构 | 触发条件与特性 |
|---|---|---|
| OBJ_ENCODING_QUICKLIST | 快速列表（Quicklist） | 所有列表的默认实现，由双向链表和多个Ziplist节点组成，平衡内存与操作效率。 |
三、哈希对象（OBJ_HASH）
| 编码方式 | 底层数据结构 | 触发条件与特性 |
|---|---|---|
| OBJ_ENCODING_ZIPLIST | 压缩列表（Ziplist） | 当哈希字段数≤hash-max-ziplist-entries（默认512）且所有值长度≤hash-max-ziplist-value（默认64字节）时使用。 |
| OBJ_ENCODING_HT | 哈希表（Hashtable） | 超出Ziplist阈值时自动转换，支持高效的随机读写操作。 |
四、集合对象（OBJ_SET）
| 编码方式 | 底层数据结构 | 触发条件与特性 |
|---|---|---|
| OBJ_ENCODING_INTSET | 整数集合（Intset） | 集合元素全为整数且数量≤set-max-intset-entries（默认512）时使用，内存紧凑。 |
| OBJ_ENCODING_HT | 哈希表（Hashtable） | 包含非整数元素或元素数量超过阈值时转换，键存储元素、值设为NULL。 |
五、有序集合对象（OBJ_ZSET）
| 编码方式 | 底层数据结构 | 触发条件与特性 |
|---|---|---|
| OBJ_ENCODING_ZIPLIST | 压缩列表（Ziplist） | 元素数≤zset-max-ziplist-entries（默认128）且所有成员长度≤zset-max-ziplist-value（默认64字节）时使用，按分值排序。 |
| OBJ_ENCODING_SKIPLIST+HT | 跳跃表（Skiplist）+哈希表 | 超出Ziplist阈值时转换，跳跃表支持范围查询，哈希表提供O(1)的单元素访问。 |
六、编码动态转换机制
- 自动升级
- 当数据特征超出当前编码的容量或类型限制时，自动切换为更高效的编码（如Ziplist→Hashtable）。
- 不可逆操作
- 大部分转换是单向的（如Intset→Hashtable），Redis不主动降级以节省计算资源。
