Redis之数据结构

Newester
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redis重要的5种数据结构

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RedisObject

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string（字符串）

应用场景

string 类型的应用场景非常广泛，比如：

  • 缓存数据，提高访问速度和降低数据库压力。
  • 计数器，利用 incr 和 decr 命令实现原子性的加减操作。
  • 分布式锁，利用 setnx 命令实现互斥访问。
  • 限流，利用 expire 命令实现时间窗口内的访问控制。

编码类型

在存储字符串的时候，redis会根据数据的长度判断使用哪种结构

  • 如果是可以转为整型，则用整数类型进行存储(REDIS_ENCODING_INT)
  • 如果长度小于等于44个字节，就会选择embstr（共64字节） 结构(REDIS_ENCODING_EMBSTR)
  • 如果长度大于44个byte，就会选择raw结构(REDIS_ENCODING_RAW)

SDS

简单动态字符串SDS(simple dynamic string)，是Redis的默认字符串表示方式。 image.png

  • free 属性的值为 0 ， 表示这个 SDS 没有分配任何未使用空间。
  • len 属性的值为 5 ， 表示这个 SDS 保存了一个五字节长的字符串。
  • buf 属性是一个 char 类型的数组， 数组的前五个字节分别保存了 'R' 、 'e' 、 'd' 、 'i' 、 's' 五个字符， 而最后一个字节则保存了空字符 '\0' 。

embstr

embstr是一种将redisObject结构头和长度小于等于44字节的字符串存储在一块区域（64字节）统一申请内存的结构。 image.png

raw

当字符串长度大于44字节时，字符串与redisObject会分开存储，另行申请内存。 image.png

hash（哈希）

hash 是一个键值对集合，类似map或者dict，它可以存储多个字段和值，一个 hash 类型的键最多可以存储 2^32 - 1 个字段。 redis7.0后hash有两种底层编码结构，listpack与hashtable。当hash中元素个数少于等于max-hash-ziplist-entries（默认512）或者元素的key或者value长度小于等于hash-max-ziplist-value（默认64字节）时，hash的底层结构为listpack，否则为hashtable。

listpack

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hashtable

hashTable是一种散列表结构，它将字段和值分别存储在两个数组中，并通过哈希函数计算字段在数组中的索引 image.png

rehash过程
  1. 为字典dict的ht[1]哈希表分配空间，其大小为2^N，具体大小取决于当前哈希表已保存节点数（ht[0].used）：
    • 扩容：满足2^N >= ht[0].used * 2条件下N取最小
    • 缩容：满足2^N >= ht[0].used条件下N取最小
  2. 将字典中的属性rehashidx的值设置为0，表示正在执行rehash
  3. 将ht[0]中所有的键值对依次重新计算哈希值，并放到ht[1]数组对应位置，每完成一个键值对的rehash之后rehashidx的值需要自增1
  4. 当ht[0]中所有的键值对都迁移到ht[1]之后，释放ht[0]，并将ht[1]修改为ht[0]，然后再创建一个新的ht[1]数组，为下一次rehash做准备
  5. 将字典中的属性rehashidx设置为-1，表示此次rehash结束，等待下一次rehash
  6. 正在执行rehash操作时，如果服务器收到来自客户端的命令请求操作，则会先查询ht[0]，查找不到结果再到ht[1]中查询

list（列表）

quickList

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set（集合）

set是一个无序的字符串集合，它不允许重复的元素。一个 set 类型的键最多可以存储 2^32 - 1 个元素。 redis7.0后set的底层编码结构可能为intset、listpack、hashtable。

  • intset：元素为整型，元素个数小于等于set-max-intset-entries/（默认512）时
  • listpack：元素为字符串，元素个数小于等于set-max-listpack-entries或者元素大小大于（默认128）且元素大小小于等于set_max_listpack_value（默认64字节）时
  • hashtable：元素个数大于set-max-intset-entries/set-max-listpack-entries或者元素大小大于set_max_listpack_value

intset

intset是一种紧凑的数组结构，它只保存int类型的数据，它将所有的元素按照从小到大的顺序存储在一块连续的内存中。intset会根据传入的数据大小，encoding分为int16_t、int32_t、int64_t
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zset（有序集合）

Redis中的 zset 是一种有序集合类型，它可以存储不重复的字符串元素，并且给每个元素赋予一个排序权重值（score）。Redis 通过权重值来为集合中的元素进行从小到大的排序。zset 的成员是唯一的，但权重值可以重复。一个 zset 类型的键最多可以存储 2^32 - 1 个元素。

应用场景

zset 类型的应用场景主要是利用分数和排序的特性，比如：

  • 排行榜，利用 zadd 和 zrange 命令实现分数的更新和排名的查询
  • 延时队列，利用 zadd 和 zpopmin 命令实现任务的添加和执行，并且可以定期地获取已经到期的任务
  • 访问统计，可以使用 zset 来存储网站或者文章的访问次数，并且可以按照访问量进行排序和筛选。

底层实现

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当满足如下条件时，zset底层由listpack，否则为skiplist

  • 元素个数小于等于 zset-max-listpack-entries ，默认值为 128
  • 元素值的长度小于等于 zset-max_listpack-value ，默认值为 64

skiplist

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*stream（流）

*geospatial（地理）

*bitmap（位图）

*bitfield（位域）

*hyperloglog（基数统计）

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