Redis—源码1、基础环境基于redis3.0版本的源码 2、简单动态字符串 Redis默认并未直接使用C字符串(C

1、基础环境

// 查看当前对象的类型
type key
// 查看当前key的编码
object encoding key

2、简单动态字符串

Redis默认并未直接使用C字符串(C字符串仅仅作为字符串字面量，用在一些无需对字符串进行修改的地方，如打印日志)；而是以struct的形式构造了一个SDS的抽象类型。当Redis需要一个可以被修改的字符串时，就会使用SDS来表示。
在Redis数据库里，包含字符串值的键值对都是由SDS实现的(Redis中所有的键都是由字符串对象实现的即底层是由SDS实现，Redis中所有的值对象中包含的字符串对象底层也是由SDS实现)

2.1、SDS基础结构

struct sdshdr {
    // 记录bug数组中已使用字节的数量
    int len;
    // 记录buf数组中未使用字节的数量
    int free;
    // 字节数组，用户保存字符串
    cha buf[];
}

2.2、SDS特性

可以高效的执行长度计算
可以高效的执行追加操作
二进制安全
杜绝缓存区溢出
兼容部分C字符串函数

2.3、与C字符串的区别

C字符串	SDS
获取字符串长度的复杂度为O(n)	获取字符串长度的复杂度为O(1)
API是不安全的，可能会造成缓冲区溢出	API是安全的，不会造成缓冲区溢出
修改字符串长度N次必然需要执行N次内存重分配	修改字符串长度N次”最多“需要执行N次内存重分配
只能保存文本数据	可以保存文本、二进制数据
可以使用所有<string.h>库函数	可以使用一部分<string.h>库中的函数

2.4、应用范围

字符串对象

3、链表

Redis链表为双向无环链表；链表是种非常常见的数据结构，在Redis中使用非常广泛，列表对象的底层实现之一就是链表。其它如慢查询，发布订阅，监视器等功能也用到了链表。

3.1、节点结构

// 文件路径：src/adlist.h
typedef struct listNode {
    // 前置节点
    struct listNode *prev;
    // 后置节点
    struct listNode *next;
    // 节点的值
    void *value;
} listNode;

3.2、链表结构

typedef struct list {
    // 表头节点
    listNode *head;
    // 表尾节点
    listNode *tail;
    // 节点值复制函数
    void *(*dup)(void *ptr);
    // 节点值释放函数
    void (*free)(void *ptr);
    // 节点值对比函数
    int (*match)(void *ptr, void *key);
    // 链表所包含的节点数量
    unsigned long len;
} list;

由list结构和listNode结构组成的链表

3.3、Redis的链表实现的特性

双端：链表节点带有prev和next指针，获取某个节点的前置节点和后置节点的复杂度都是O（1）。
无环：表头节点的prev指针和表尾节点的next指针都指向NULL，对链表的访问以NULL为终点。
带表头指针和表尾指针：通过list结构的head指针和tail指针，程序获取链表的表头节点和表尾节点的复杂度为O（1）。
带链表长度计数器：程序使用list结构的len属性来对list持有的链表节点进行计数，程序获取链表中节点数量的复杂度为O（1）。
多态：链表节点使用void*指针来保存节点值，并且可以通过list结构的dup、free、match三个属性为节点值设置类型特定函数，所以链表可以用于保存各种不同类型的值。

3.4、应用范围

列表对象

4、字典

字典是一种用于保存键值对的抽象数据结构；在字典中，一个key可以和一个value进行关联（或者说将键映射为值），这些关联的键和值就称为键值对。

4.1、字典结构

文件路径：src/dict.h
typedef struct dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2];
    long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
    int iterators; /* number of iterators currently running */
} dict;

4.2、哈希表的结构

文件路径：src/dict.h
typedef struct dictht {
    // 哈希表数组
    dictEntry **table;
    // 哈希表大小
    unsigned long size;
    // 哈希表大小掩码，用于计算索引值
    unsigned long sizemask;
    // 哈希表已有的节点数量
    unsigned long used;
} dictht;

4.3、哈希表节点值结构

文件路径：src/dict.h
typedef struct dictEntry {
    // 健
    void *key;
    // 值
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    // 指向下个哈希表节点，形成链表，主要用来解决哈希冲突问题
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;

4.4、redis如何解决哈希冲突

Redis的哈希表使用链地址法来解决键冲突，每个哈希表节点都有一个next指针，多个哈希表节点可以用next指针构成一个单向链表，被分配到同一个索引上的多个节点可以用这个单向链表连接起来，这就解决了哈希冲突的问题。

4.5、重新哈希

当哈希冲突的key逐渐增多的时候，哈希表的负载因子也会超出合理的范围，同样会影响字典接口使用的性能，无论新增还是读取哈希值，性能都会随着负载因子增高而下降；
同样随着不断的操作哈希表，保存的哈希键值对数可能过多，也可能变少，程序需要对哈希表的大小进行响应的扩展和缩容； redis的通过执行rehash来操作就能实现扩容、缩容，并保证哈希因子在合理范围内。

4.6、负载因子

负载因子 = 哈希表已保存的节点数量/哈希表的大小
load_factor = used / size

4.7、哈希表满足什么条件会扩容和缩容呢

服务器目前没有在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令，并且哈希表的负载因子大于等于1。
服务器目前正在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令，并且哈希表的负载因子大于等于5。
当哈希表的负载因子小于0.1时，程序自动开始对哈希表执行收缩操作

4.8、应用范围

redis数据库
哈希对象
集合对象

5、跳跃表

跳跃表是一个有序数据结构，它通过在每个节点中维护多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的。

5.1、基本结构

文件路径：src/redis.h

// 跳跃表节点值
typedef struct zskiplistNode {
    // 各节点中所保存的成员对象
    robj *obj;
    // 节点按各自所保存的分值从小到大排列
    double score;
    // 后退指针在程序从表尾向表头遍历时使用
    struct zskiplistNode *backward;
    // 层
    struct zskiplistLevel {
        // 前进指针用于访问位于表尾方向的其他节点
        struct zskiplistNode *forward;
        // 跨度记录了前进指针所指向节点和当前节点的距离
        unsigned int span;
    } level[];
} zskiplistNode;


// 跳跃表列表
typedef struct zskiplist {
    // 跳跃表的表头节点、表尾节点
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    // 记录跳跃表的长度，也即是，跳跃表目前包含节点的数量（表头节点不计算在内）。
    unsigned long length;
    // 记录目前跳跃表内，层数最大的那个节点的层数（表头节点的层数不计算在内）
    int level;
} zskiplist;

5.2、跳跃表的规则

每个跳跃表节点的层高都是1至32之间的随机数。
在同一个跳跃表中，多个节点可以包含相同的分值，但每个节点的成员对象必须是唯一的。
跳跃表中的节点按照分值大小进行排序，当分值相同时，节点按照成员对象的大小进行排序。

5.3、应用范围

有序集合【有序结合包含的元素数量比较多或者包含的元素是比较长的字符串】
集群节点

6、整数集合

整数集合（intset）是Redis用于保存整数值的集合抽象数据结构，它可以保存类型为int16_t、int32_t或者int64_t的整数值，并且保证集合中不会出现重复元素。

6.1、整数结合基本结构

typedef struct intset {
    // 编码方式 编码方式决定contents数组存储的类型
    uint32_t encoding;
    // 集合包含的元素数量
    uint32_t length;
    // 保存元素的数组
    int8_t contents[];
} intset;