6.1 基本数据结构（底层实现）

SDS

Redis底层使⽤SDS（简单动态字符串）替代C字符串原因：

SDS 空间预分配：

1. 如果对 SDS 进⾏修改后，SDS 的⻓度（即 len 值）将⼩于 1MB，那么程序分配和 len 属性同样⼤⼩的未使⽤空间，这时 SDS len 属性的值将和 free 属性的值相同。举个例⼦，如果修改后 SDS 的 len 将变成 13 字节，那么程序也会分配 13 字节的未使⽤空间，SDS 的 buf 数组的实际⻓度将变成 13+13+1=27 字节

2. 如果对 SDS 进⾏修改后，SDS 的⻓度将⼤于等于 1MB，那么程序会分配 1MB 的未使⽤空间。举个例⼦，如果修改后，SDS 的 len 将变成 30MB，那么 SDS 的 buf 数组的实际⻓度将为

30MB+1MB+1byte.

惰性空间释放：

⽤于优化 SDS 字符缩短操作，当缩短 SDS 字符串时，并不⽴即使⽤内存重分配来回收缩后多出来的字节，⽽是使⽤ free 属性将这些字节的数量记录下来，并等待将来使⽤。

特性：

1. 双向⽆环，链表头尾均有⼀个指针指向空

2. O(1) 时间复杂度获取表头指针、表尾指针和链表⻓度

3. 多态：链表节点使⽤ void* 指针来保持节点值，并且可以通过 list 结构的 dup（复制）、free（释放）、match（对⽐）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

字典

Redis 的字典使⽤ 哈希表 作为底层实现，⼀个哈希表⾥⾯可以有多个哈希表节点，⽽每个节点就保存了字典中的⼀个键值对。

哈希表结构

type 属性和 privdata 属性是针对不同类型的键值对，为创建多态字典⽽设置的。type 属性是⼀个指 向 dictType 结构的指针，每个 dictType 结构保存了⼀簇⽤于操作特定类型键值对的函数，Redis 会为 ⽤途不同的字典设置不同的类型特定函数。privdata 属性则保存了需要传给那些类型特定函数的可选参 数。

ht 属性是⼀个包含两个项的数组，数组中的每个项都是⼀个 dictht 哈希表，⼀般情况下，字典只使⽤ht[0] 哈希表，ht[1] 哈希表只会在对 ht[0] 哈希表进⾏ rehash 时使⽤。另⼀个与 rehash 有关的属性就是 rehashidx，它记录了 rehash ⽬前的进度，如果⽬前没有在进⾏ rehash，那么它的值为 -1。

计算索引：利⽤哈希算法计算哈希值，然后将哈希值与哈希⼤⼩掩码取与运算，得到索引下标。

解决冲突：链地址法，且每次添加到链表表头。

rehash ⽅式：为字典的 ht[1] 哈希表分配空间，这个哈希表的空间⼤⼩取决于要执⾏的操作和 ht[0] 当前包含的键值对数量。当执⾏扩展操作时，ht[1] 的⼤⼩为第⼀个⼤于等于 ht[0].used * 2 的 2^n；当执⾏收缩操作时，ht[1] 的⼤⼩为第⼀个⼤于等于 ht[0].used 的 2^n。之后将 ht[0] 上的所有键值对rehash 到 ht[1] 上。最后释放 ht[0]，将 ht[1] 设置为 ht[0]，并在 ht[1] 新创建⼀个空⽩哈希表，为下⼀次rehash 做准备。注意 rehash 操作是 渐进式的，即在执⾏增加、删除、查找或更新操作的时候同步进⾏ rehash 操作（trehashidx 记录索引），直到所有 rehash 完成，则置 -1。同时新增加的会加⼊到 ht[1]，且外部查找时先查 ht[0]，再查 ht[1]。

负载因⼦ = 哈希表已有节点数量 / 哈希表⼤⼩

扩展操作需满⾜：当没有创建当前服务的⼦进程时，负载因⼦⼤于等于 1；当创建当前服务的⼦进程时，负载因⼦⼤于等于 5。因为⼤多数操作系统都采⽤写时复制技术来优化⼦进程的使⽤效率，所以在 ⼦进程存在期间，服务器会提⾼执⾏扩展操作所需的负载因⼦，从⽽尽可能避免在⼦进程存在期间进⾏ 哈希表扩展操作，可以避免不必要的内存写⼊操作，最⼤限度地节约内存。 收缩操作需满⾜：负载因⼦⼩于 0.1。

跳跃表

跳跃表是⼀种有序数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从⽽达到快速访问节点的⽬的。在⼤部分情况下，跳跃表的效率可以和平衡树相媲美，并且跳跃表的实现⽐平衡树更简单。跳跃表是作为有序集合键的底层实现之⼀。

其中每个节点层⾼（最⼤层⾼ level）是 1——32 随机⽣成的，length 是除表头外节点的数量。每个节点有层属性（前进指针和跨度）、后退指针、分值（⽤来排序）和成员对象（唯⼀存在）四部分，其中表头节点不使⽤后⾯三部分但是有。

整数集合

集合中不包含任何重复的元素，且数组中的元素按升序排列。数组中元素的真实类型由 encoding 决定。当有更⼤⻓度的元素时将发⽣（类型）升级，整数集合不⽀持降级。

压缩列表

当⼀个哈希键只包含少量键值对，并且每个键值对的键和值要么是⼩整数值，要么是⻓度⽐较短的字符串时，Redis 就会⽤压缩列表来做哈希键的底层实现。

压缩列表是 Redis 为了节约内存 ⽽开发的，是由 连续内存块 组成的顺序型数据结构。⼀个压缩列表可以包含任意多个节点，每个节点保存⼀个字节数组或者⼀个整数值。