Redis数据结构——QuickList、SkipList、RedisObjective

news2024/12/24 2:06:49

承接上文,本文主要介绍QuickList、SkipList、RedisObjective

四、 Redis数据结构-QuickList

问题1:ZipList虽然节省内存,但申请内存必须是连续空间,如果内存占用较多,申请内存效率很低。怎么办?

​ 答:为了缓解这个问题,我们必须限制ZipList的长度和entry大小。

问题2:但是我们要存储大量数据,超出了ZipList最佳的上限该怎么办?

​ 答:我们可以创建多个ZipList来分片存储数据。

问题3:数据拆分后比较分散,不方便管理和查找,这多个ZipList如何建立联系?

​ 答:Redis在3.2版本引入了新的数据结构QuickList,它是一个双端链表,只不过链表中的每个节点都是一个ZipList。
在这里插入图片描述

为了避免QuickList中的每个ZipList中entry过多,Redis提供了一个配置项:list-max-ziplist-size来限制。
如果值为正,则代表ZipList的允许的entry个数的最大值
如果值为负,则代表ZipList的最大内存大小,分5种情况:

  • -1:每个ZipList的内存占用不能超过4kb。
  • -2:每个ZipList的内存占用不能超过8kb。
  • -3:每个ZipList的内存占用不能超过16kb。
  • -4:每个ZipList的内存占用不能超过32kb。
  • -5:每个ZipList的内存占用不能超过64kb。

其默认值为 -2:
在这里插入图片描述

以下是QuickList的和QuickListNode的结构源码:

typedef struct quicklist {
    //头节点指针
	quicklistNode *head;
    //尾节点指针
	quicklistNode *tail;
	//所有ziplist的entry的数量
    unsigned long count;l
    //ziplists总数量
	unsigned long len;
	//ziplist的entry上限,默认值-2
    int fill : QL_FILL_BITS;
	//首尾不压缩的节点数量
	unsigned int compress : QL_COMP_BITS;
    //内存重分配时的书签数量及数组,一般用不到
    unsigned int bookmark_count: QL_BM_BITS;
    quicklistBookmark bookmarks[;
} quicklist;

typedef struct quicklistNode {
    //前一个节点指针
	struct quicklistNode *prev;
    //下一个节点指针
	struct quicklistNode *next;
    //当前节点的ZipList指针
    unsigned char *zl;
	//当前节点的ZipList的字节大小
    unsigned int sz;
	//当前节点的ZipList的entry个数
    unsigned int count : 16;
	//编码方式:1,ZipList; 2,Izf压缩模式
    unsigned int encoding : 2;
	//数据容器类型(预留): 1,其它;2,ZipListunsigned 
    int container : 2;
	//是否被解压缩。1︰则说明被解压了,将来要重新压缩
    unsigned int recompress : 1;
	unsigned int attempted_compress : 1;//测试用
    unsigned int extra : 10;/*预留字段*/
} quicklistNode;
                            

我们接下来用一段流程图来描述当前的这个结构

在这里插入图片描述

总结:

QuickList的特点:

  • 是一个节点为ZipList的双端链表。
  • 节点采用ZipList,解决了传统链表的内存占用问题。
  • 控制了ZipList大小,解决连续内存空间申请效率问题。
  • 中间节点可以压缩,进一步节省了内存。

五、 Redis数据结构-SkipList

SkipList(跳表)首先是链表,但与传统链表相比有几点差异:

  • 元素按照升序排列存储。
  • 节点可能包含多个指针,指针跨度不同。

在这里插入图片描述

//t_zset.c
typedef struct zskiplist {
    //头尾节点指针
	struct zskiplistNode *header, *tail;
    //节点数量
	unsigned long length;
	//最大的索引层级,默认是1
    int level;
}zskiplist;

typedef struct zskiplistNode {
    sds ele; //节点存储的值
	double score;//节点分数,排序、查找用
	struct zskiplistNode *backward;//前一个节点指针
    struct zskiplistLevel {
		struct zskiplistNode *forward;//下—个节点指针
        unsigned long span;//索引跨度
	} leveli;//多级索引数组
} zskiplistNode;

在这里插入图片描述

小总结:

SkipList的特点:

  • 跳跃表是一个双向链表,每个节点都包含score和ele值。
  • 节点按照score值排序,score值一样则按照ele字典排序。
  • 每个节点都可以包含多层指针,层数是1到32之间的随机数。
  • 不同层指针到下一个节点的跨度不同,层级越高,跨度越大。
  • 增删改查效率与红黑树基本一致,实现却更简单。

六、Redis数据结构-RedisObject

Redis中的任意数据类型的键和值都会被封装为一个RedisObject,也叫做Redis对象,源码如下:

1、什么是redisObject:
从Redis的使用者的角度来看,⼀个Redis节点包含多个database(非cluster模式下默认是16个,cluster模式下只能是1个),而一个database维护了从key space到object space的映射关系。这个映射关系的key是string类型,⽽value可以是多种数据类型,比如:string, list, hash、set、sorted set等。我们可以看到,key的类型固定是string,而value可能的类型是多个。
⽽从Redis内部实现的⾓度来看,database内的这个映射关系是用⼀个dict来维护的。dict的key固定用⼀种数据结构来表达就够了,这就是动态字符串sds。而value则比较复杂,为了在同⼀个dict内能够存储不同类型的value,这就需要⼀个通⽤的数据结构,这个通用的数据结构就是robj,全名是redisObject。

在这里插入图片描述

Redis的编码方式

Redis中会根据存储的数据类型不同,选择不同的编码方式,共包含11种不同类型:

编号编码方式说明
0OBJ_ENCODING_RAWraw编码动态字符串
1OBJ_ENCODING_INTlong类型的整数的字符串
2OBJ_ENCODING_HThash表(字典dict)
3OBJ_ENCODING_ZIPMAP已废弃
4OBJ_ENCODING_LINKEDLIST双端链表
5OBJ_ENCODING_ZIPLIST压缩列表
6OBJ_ENCODING_INTSET整数集合
7OBJ_ENCODING_SKIPLIST跳表
8OBJ_ENCODING_EMBSTRembstr的动态字符串
9OBJ_ENCODING_QUICKLIST快速列表
10OBJ_ENCODING_STREAMStream流

五种数据结构

Redis中会根据存储的数据类型不同,选择不同的编码方式。每种数据类型的使用的编码方式如下:

数据类型编码方式
OBJ_STRINGint、embstr、raw
OBJ_LISTLinkedList和ZipList(3.2以前)、QuickList(3.2以后)
OBJ_SETintset、HT
OBJ_ZSETZipList、HT、SkipList
OBJ_HASHZipList、HT

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