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[数据结构与算法]Redis中五种基础数据结构及其底层实现

5种基础数据结构

Redis有5种基础数据结构,分别为:string(字符串)、list(列表)、hash(字典)、set(集合)和zset(有序集合)。

string(字符串)

? ? 字符串string是Redis种最简单的数据结构,如图1-1所示,它的内部表示就是一个字符数组。Redis所有的数据结构都以唯一的key字符串作为名称,然后通过这个唯一的key值来获取相应的value值,不同类型的差异就在于value的数据结构不一样。

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??字符串结构使用非常广泛,比较常见的用途就是缓存用户信息。我们将用户信息结构体使用JSON序列化成字符串,然后将序列化后的字符串放进Redis来缓存。同样,取用户信息会经过一次反序列化。
??Redis的字符串是动态字符串,是可以修改的字符串,内部结构的实现有点类似Java中的ArrayList,采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配,如图1-2所示,内存为当前字符串分配的实际空间capacity一般要高于实际字符串长度len。当字符串长度小于1Mb时,扩容都是加倍现有的空间。如果字符串长度超过1Mb,扩容时一次只会多扩1Mb的空间,需要注意的字符串最大长度为512Mb。
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list(列表)

?? Redis的列表相当于Java语言里面LinkedList,注意它是链表而不是数组,这意味着list的插入和删除操作非常快,时间复杂度为O(1),但是索引定位很慢,时间复杂度为O(n),如图1-3所示,列表中的每个元素都使用双向指针顺序,串起来可以同时支持前向后向遍历。
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??Redis的列表结构实际上是由压缩列表和快速列表组成。
??首先当列表元素比较少的情况下,会使用一块连续的内存存储,这个结构是ziplist,也就是压缩列表,它将所有的元素紧挨着一起存储,分配的是一块连续的内存。当数据比较多的时候才会改成quicklist。因为普通的链表需要的附加指针空间太大,会浪费空间,还会加重内存的碎片化,比如普通链表里存储的只是int类型的数据,结构式还需要俩个额外的指针prev和next。所以Redis将链表和ziplist结合起来组成了quicklist,也就是将多个ziplist使用双向指针串起来使用,如图1-4所示。
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hash(字典)

??Redis得到字典相当于Java语言中的HashMap,其内部存储了很多的键值对,实现结构上与jdk1.7的HashMap也是一样的,都是“数组+链表”二维结构,如图1-5所示。
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??不同的是,Redis的字典只能是字符串,另外他们rehash的方式不一样,因为Java的HashMap在字典很大时,扩容是个耗时的操作,需要一次性全部rehash。Redis为了追求高性能,不能阻塞服务,所以采取了渐进式rehash策略。
??渐进式rehash会在rehash的同时,保留俩个hash结构,查询时也会查询俩个hash结构,然后在后续的定时任务以及hash操作指令中,循序渐进将旧hash的内容一点点的迁移到新的hash中,搬迁完成,就会使用 新的hash取而代之。

set(集合)

??Redis的集合相当于Java中的HashSet,它内部的键值对是无需的、唯一的、它的内部实现相当于一个特殊的字典,字典中所有的value都是一个NULL值。
??当集合中最后一个元素被移除之后,数据结构被自动回收,内存被回收。
??set结构可以用来存储在某活动中中奖的用户id,因为有去重功能,可以保证一个用户不会中奖俩次,或者在只允许用户购买一次商品的场景下,也可以使用set达到去重目的。

zset(有序列表)

??zset可能是Redis提供最有特色的结构了,它类似于Java中SortedSet和HashMap的结合体,一方面它是一个set,保证了内部value的唯一性,另一方面它可以给每个value赋予一个score,代表这个value的排序权重,它的内部实现用的是一种叫做“跳跃链表”的数据结构。
??zset中最后一个value被移除后,数据结构被自动删除,内存被回收。
??zset可以用来春初粉丝列表,value值是粉丝的用户id,score是关注时间,我们可以对粉丝列表按关注事件进行排序。

跳跃链表

??zset的排序功能是通过跳跃链表数据结构实现的,它的结构非常特殊,也比较复杂。
??因为zset要支持随机的插入和删除,所以它不宜用数组来表示。
??可以把跳跃链表称之为:支持二分查找的链表
??跳跃链表会把最下面一层所有的元素都串起来,然后每隔几个元素挑出一个代表,再将几个代表使用另外一级指针串起来,然后在这些代表里再挑出二级代表,再串起来,最终就形成了金字塔,如图1-6所示。
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在这里插入图片描述

????????????????????????????????????????????????????????????1-6

参考:《Redis深度历险》
https://gitee.com/jitheima/LearningNotes/blob/master/Redis/Redis%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%B7%B3%E8%B7%83%E8%A1%A8/README.md

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加:2022-04-09 18:42:57  更:2022-04-09 18:43:02 
 
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