Redis数据结构——压缩列表ziplist

news2024/11/26 2:47:33

定义

压缩列表ziplist是Redis中列表和哈希键的底层实现方式之一。
当一个列表只包含少量列表项，并且每个列表项要么是小整数值，要么是较短的字符串时，那么Redis就会使用压缩列表来作为列表的底层实现。
另外，当一个哈希表中只包含少量键值对时，并且每个每个键值对的键key和值value要么是小整数值，要么是短的字符串时，也会使用压缩列表作为实现方式

压缩列表是Redis为了节约内存而设计的，由一系列特殊编码的连续内存组成的顺序型的数据结构，一个压缩列表可以包含任意多个节点，每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。
压缩列表类似于数组，在内存中是连续的，每个节点用来存储数组，不过有一点不同是，压缩列表允许每个节点的空间大小是可以不相同。

数组在内存中的分布是：

压缩列表可以看做是对数组的压缩，压缩列表在内存中的结构是这样的：

压缩列表节点

压缩列表中的节点才是真正存储数据的，但是压缩列表不是数组，数组中每个元素占用的空间大小是固定的，因为可以随机访问；但是压缩列表中每个节点的大小是不固定的，怎么才能知道从哪到哪是一个节点的内容呢？
这就需要看节点的内存结构的设计了，每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。
其中字节数组的长度可以是以下三种长度之一：

长度小于等于63(2^6 - 1)字节的字节数组
长度小于等于16383(2^14 - 1)字节的字节数组
长度小于等于(2^32 - 1)字节的字节数组
而整数值可以是：
4位长的无符号整数
1字节、3字节、4字节、8字节的整数
压缩列表节点的内存结构是：

previous_entry_length记录了前一个节点的长度，通过这个属性，我们根据当前节点的起始地址就能计算出前一个节点的起始地址，从而就可以遍历整个压缩列表，压缩列表的遍历是从表尾到表头，就是基于这一个原理实现的。
如果前一个节点的长度小于等于254字节，那么previous_entry_length属性占用1字节就可以。
如果前一个字节的长度大于254字节，那么previous_entry_length需要用5字节来保存前一个节点的长度。
encoding属性记录了节点内容content属性所保存的数据类型以及长度，具体的数据类型及长度，了解即可。
content保存中真实的数据内容。

连锁更新

考虑这样一种特殊情况：有一个压缩列表，每个节点的大小都是在250~254之间，因此节点记录的上一个节点的长度是小于254字节的，所以previous_entry_length只需要一个字节就能记录，但是当在此节点前插入一个大于254字节的节点时，麻烦就要产生了，因为此时当前节点来说，一个字节无法记录前驱节点的长度，需要5字节才可以。此时当前节点就要发生扩容操作，同时后续的节点的previous_entry_length也要发生变化，由于在内存中每个节点是连续的，所以后续的每个节点都要重新分配空间。
当在列表内部或头部，插入或删除一个节点时，可能会影响到后续节点的空间大小，同时还需要将后续的每个节点重新分配空间。此时，程序会从受影响的这个节点开始，为这个节点扩容，然后继续下一个节点，逐个扩容，直到最后一个节点为止。
这种在特殊情况下产生的连续多次空间扩展操作称之为“连锁更新”。
连锁更新在最坏的情况下的时间复杂度是O(N)，连锁更新十分损耗性能。