Redis資料型別底層資料結構
Redis目前基本的資料型別有String、List、Set、ZSet、Hash五種，首先Redis是C語言開發的，所以底層就是用C語言封裝資料結構或者C語言本身提供的資料結構來儲存。redis內部的主要資料結構主要有簡單字串（SDS）、雙端連結串列、字典、壓縮列表、跳躍表、整數集合。Redis內部並沒有直接使用這些資料結構來實現鍵值對資料庫，而是基於這些資料結構建立了一個物件系統，這個物件系統包含了我們所熟知的五種基本型別資料，也就是字串物件、列表物件、雜湊物件、集合物件和有序集合物件這五種型別的物件。而它們每一種物件都使用到了至少一種前面所介紹的資料結構。下面介紹一下redis內部的主要幾個資料結構簡單字串（SDS）、雙端連結串列、壓縮列表、跳躍表的定義。然後再介紹一下redis基本的五種資料型別，也就是五種型別的物件用到了上面的哪些資料結構。
redis的資料結構
SDS（Simple Dynamic String）簡單字串
1、redis定義：
2、使用範圍：在redis裡面，C本身的字串只會作為字串字面量（String literal）只用在一些不必對字串值修改的地方，比如列印日誌。
而redis需要使用字串儲存並且會修改的地方，都使用了SDS來儲存。例如Key值。
3、優點：使用SDS來儲存字串的優點：
- SDS的len屬性直接記錄了長度，獲取字串長度的複雜度為O(1)。
- C字串本身不記錄長度容易產生快取區溢位，而SDS杜絕了緩衝區的溢位。
- C字串本身不記錄長度，每次修改都要重新分配記憶體，SDS減少了重新分配記憶體次數。
- 優化了字串縮短操作。並且可以儲存任意格式的二進位制資料，而C字串必須含有編碼。
連結串列（list）
1、連結串列：listNode結構來儲存，多個listNode可以形成雙向連結串列，redis定義了list表示頭節點來持有連結串列，下圖分別是節點listNode和連結串列list的定義。
2、redis定義：
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節點listNode
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連結串列list
3、使用範圍：連結串列在redis中用作了列表鍵、釋出與訂閱、慢查詢、監視器等
跳躍表（zskiplist）
1、跳躍表：是一種有序得資料結構，通過在每個節點上維持多個指向其他節點的指標，從而達到快速訪問的目的，可以理解為改進版的雙端連結串列，改進的手段是通過空間換取了時間。
2、複雜度：跳躍表支援平均O(logN)、最壞O(N)的查詢複雜度，大部分條件下，跳躍表的效率可以和平衡樹媲美，並且實現比平衡樹簡單。
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跳躍表節點zskiplistNode
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跳躍表zskiplist
3、跳躍表結構圖：
仔細觀察上圖跳躍表的結構後，發現如果節點的層數越高，那麼這個節點訪問其他節點的速度就越快。換言之，level越高，代表了這個跳躍表的查詢效率可能會比較高。當然並不是絕對的，因為redis每次建立跳躍表節點時，程式是根據冪次定律(越大的數出現概率越小)， 生成層數高度。同時，節點的順序是根據每個節點的分值排序的，如果分值相同，那麼根據物件的大小排序。
壓縮列表（ziplist）
1、壓縮列表：是redis為了節省記憶體而開發的，是由一系列特殊編碼的連續記憶體塊組成的順序型資料結構，一個壓縮列表的可以包含多個節點，每個節點可以儲存一個位元組陣列或者一個整數值。
2、壓縮列表結構圖：
3、壓縮列表特點：
- 是一種為節省記憶體開發的順序性資料結構
- 可以包含多個節點，每個節點儲存一個位元組陣列或者整數值
- 新增新節點到壓縮列表，或者從壓縮列表刪除節點，可能會引發連鎖更新操作，但是機率不高
Redis五種基本資料型別
上面提到過，redis並沒有使用上面的資料結構直接用來實現鍵值對資料庫，也就是常說的五種基本資料型別，而是建立了一個物件系統，這個系統包含了字串物件，列表物件、雜湊物件、集合物件、和有序集合物件這五種基本資料型別。這樣做有一個好處是，我們可以針對不同的場景，對相同的資料型別物件使用不同的資料結構，來優化提高效率。
redisObject物件
1、物件：redis的鍵值對都是一個redisObject結構，該結構中有三個屬性，type型別屬性、encoding編碼屬性、ptr指向底層資料結構屬性。
- redisObject物件定義
- 資料庫的key值都是一個string字串物件
2、編碼常量：
String型別
字串物件的編碼是int、raw、embstr。參考上面的編碼常量表，也就是說字串型別的資料底層的資料結構使用的是整數、SDS、embstr編碼的SDS。
1、編碼轉換
即上述幾種編碼會在何時轉換，也就是redis底層決定用什麼儲存字串資料？。
當int型別的編碼通過操作儲存的是字串值，那麼字串物件的編碼將從int變為raw。
List型別
列表物件的編碼可以是zipList壓縮列表和linkedlist雙端連結串列。
1、編碼轉換
即上述兩種編碼會在何時轉換，也就是redis底層什麼時候會用壓縮列表儲存列表資料？什麼時候會使用雙端連結串列儲存列表資料。
當列表同時滿足以下兩個條件時，列表物件會使用zipList編碼，也就是壓縮列表
- 列表物件儲存的所有字串元素的長度都小於64位元組
- 列表儲存的元素少於512個，
2、配置
上述兩個條件是支援配置的，也就是說我們可以redis直接讀取我們的配置，來決定列表list型別底層使用什麼樣的資料結構來儲存資料
- list-max-ziplist-value
- list-max-ziplist-entries
Set型別
集合物件使用的是intset整數集合(intset底層使用的是整數集合資料結構)或者hashtable雜湊表（hashtable底層使用的是字典資料結構，我們並沒有在本文做詳細介紹，有需要可以自己瞭解）
1、編碼轉換
當集合物件同時滿足下面兩個條件，會使用intset編碼
- 集合物件儲存的所有物件都是整數值
- 集合物件儲存的元素數量小於512個；
2、配置
上述第二個條件是支援配置的。
- set-max-intset-entries
ZSet型別
有序集合的編碼使用的是ziplist壓縮列表和skiplist跳躍表。
注意：上面介紹skiplist的時候我們可以從結構圖中明顯看到儲存集合元素的時候，score在每個節點中式如何儲存的。那麼如果ZSet使用的式ziplist壓縮列表，redis怎麼儲存score和value值呢？其實很簡單，每個集合的元素都使用兩個節點來儲存，第一個節點儲存的是成員（member），第二個元素儲存的是元素的分值（score）
1、編碼轉換
當有序集合物件可以同時滿足以下兩個條件時，使用ziplist編碼
- 有序集合的所有元素長度都小於64位元組
- 有序集合的元素數量小於128個；
2、配置
上述兩個條件是支援配置的。
- zset-max-ziplist-value
- zset-max-ziplist-entries
Hash型別
雜湊物件使用的是ziplist壓縮列表或hashtable雜湊表。（hashtable底層使用的是字典資料結構，我們並沒有在本文做詳細介紹，有需要可以自己瞭解）
1、編碼轉換
當雜湊物件同時滿足下面兩個條件，使用ziplist壓縮列表
- 雜湊物件儲存的所有鍵值對的鍵和值的字串長度都小於64位元組
- 雜湊物件儲存的鍵值對的數量小於512個；
2、配置
上述兩個條件是支援配置的。
- hash-max-ziplist-value
- hash-max-ziplist-entries