Redis 概念以及底層資料結構

2021-09-24 03:08:10 字數 3482 閱讀 2170

remote dictionary server(redis) 是乙個由salvatoresanfilippo寫的key-value儲存系統。

redis是乙個開源的使用ansi c語言編寫、遵守bsd協議、支援網路、可基於記憶體亦可持久化的日誌型、key-value資料庫，並提供多種語言的api。

它通常被稱為資料結構伺服器，因為值（value）可以是字串(string), 雜湊(map), 列表(list), 集合(sets) 和有序集合(sorted sets)等型別。

redis 是完全開源免費的，遵守bsd協議，是乙個高效能的key-value資料庫。

redis 與其他 key - value 快取產品有以下三個特點：

效能極高 – redis能讀的速度是110000次/s,寫的速度是81000次/s 。

豐富的資料型別 – redis支援 strings, lists, hashes, sets 及 ordered sets 資料型別操作。

原子 – redis的所有操作都是原子性的，同時redis還支援對幾個操作全並後的原子性執行。

豐富的特性 – redis 還支援 publish/subscribe, 佇列，key 過期等等特性。

redis＞ set message "hello redis"
其中的key是message，是乙個包含了字串"message"的物件。而value是乙個包含了"hello redis"的物件。 redis共有五種物件的型別，分別是：

型別常量

物件的名稱

redis_string

字串物件

redis_list

列表物件

redis_hash

雜湊物件

redis_set

集合物件

redis_zset

有序集合物件

redis中的乙個物件的結構體表示如下：

typedef struct redisobject  robj;
type表示了該物件的物件型別，即上面五個中的乙個。但為了提高儲存效率與程式執行效率，每種物件的底層資料結構實現都可能不止一種。encoding就表示了物件底層所使用的編碼。

編碼常量

編碼所對應的底層資料結構

redis_encoding_int

long 型別的整數

redis_encoding_embstr

embstr 編碼的簡單動態字串

redis_encoding_raw

簡單動態字串

redis_encoding_ht

字典redis_encoding_linkedlist

雙端鍊錶

redis_encoding_ziplist

壓縮列表

redis_encoding_intset

整數集合

redis_encoding_skiplist

跳躍表和字典

字串物件的編碼可以是int、raw或者embstr 如果乙個字串的內容可以轉換為long，那麼該字串就會被轉換成為long型別，物件的ptr就會指向該long，並且物件型別也用int型別表示。 普通的字串有兩種，embstr和raw。embstr應該是redis 3.0新增的資料結構,在2.8中是沒有的。如果字串物件的長度小於39位元組，就用embstr物件。否則用傳統的raw物件。

#define redis_encoding_embstr_size_limit 44  


robj *createstringobject(char *ptr, size_t len)
embstr的好處有如下幾點：

embstr的建立只需分配一次記憶體，而raw為兩次（一次為sds分配物件，另一次為objet分配物件，embstr省去了第一次）。

相對地，釋放記憶體的次數也由兩次變為一次。

embstr的objet和sds放在一起，更好地利用快取帶來的優勢。

raw和embstr的區別可以用下面兩幅圖所示：

ziplist是一種壓縮鍊錶，它的好處是更能節省記憶體空間，因為它所儲存的內容都是在連續的記憶體區域當中的。當列表物件元素不大，每個元素也不大的時候，就採用ziplist儲存但當資料量過大時就ziplist就不是那麼好用了。因為為了保證他儲存內容在記憶體中的連續性，插入的複雜度是o(n)，即每次插入都會重新進行realloc。如下圖所示，物件結構中ptr所指向的就是乙個ziplist整個ziplist只需要malloc一次，它們在記憶體中是一塊連續的區域。

linkedlist是一種雙向鍊錶。它的結構比較簡單，節點中存放pre和next兩個指標，還有節點相關的資訊。當每增加乙個node的時候，就需要重新malloc一塊記憶體。

hashtable的是由dict這個結構來實現的, dict是乙個字典，其中的指標dicht ht[2] 指向了兩個雜湊表

typedef struct dict  dict;  


typedef struct dictht dictht;
dicht[0] 是用於真正存放資料，dicht[1]一般在雜湊表元素過多進行rehash的時候用於中轉資料。 dictht中的table用語真正存放元素了，每個key/value對用乙個dictentry表示，放在dictentry陣列中。

#define intset_enc_int16 (sizeof(int16_t))  


#define intset_enc_int32 (sizeof(int32_t)) 


#define intset_enc_int64 (sizeof(int64_t))
intset是乙個有序集合，查詢元素的複雜度為o(logn)，但插入時不一定為o(logn)，因為有可能涉及到公升級操作。比如當集合裡全是int16_t型的整數，這時要插入乙個int32_t，那麼為了維持集合中資料型別的一致，那麼所有的資料都會被轉換成int32_t型別，涉及到記憶體的重新分配，這時插入的複雜度就為o(n)了。 intset不支援降級操作。

/* 


* 跳躍表 


*/ 


typedef struct zskiplist zskiplist; 


/* zsets use a specialized version of skiplists */ 


/* * 跳躍表節點 


*/ 


typedef struct zskiplistnode level; 


} zskiplistnode;
head和tail分別指向頭節點和尾節點，然後每個skiplistnode裡面的結構又是分層的(即level陣列) 用圖表示，大概是下面這個樣子：

以上簡單介紹了redis的簡介，特性以及五種物件型別和五種物件型別的底層實現。事實上，redis的高效性和靈活性正是得益於同乙個物件型別採用不同的底層結構，並且在必要的時候對二者進行轉換，還有就是各種底層結構對記憶體的合理利用。

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