Redis面试--数据结构
Redis数据结构
为什么用Redis
缓存，在内存中，IO多路复用，单线程
Redis有什么用
分布式锁，延迟队列，位图，hyperloglog记录UV，布隆过滤器，限流，GeoHash地理位置计算附近的人。
项目中用到了什么
验证码
Key Value 型
String
底层
ArrayList类似，是字节数组，动态分配长度，字符串长度最大为512M，超过1M会每次增加1M
Simple Dynamic String，支持append操作
SDS
struct SDS {
int8 capacity; // 1byte
int8 len; // 1byte
int8 flags; // 1byte
byte[] content; // 内联数组，长度为 capacity
}
存储类型：emb vs raw
长度小于44 —因为要分配64个空间，那么一个SDS占用19字节，只剩下45字节选择emb ，大于选择raw。
emb为连续存储空间，raw为不连续
set get del
expire setnx
incr 累加 max为u long
List
底层
LinkedList QuickList–是一个连续空间的链表ziplist
插入快，查询慢
rpush x x1 x2
llen 长度
lpop rpop 左出 右出 队列和栈
慢操作
lindex 获得index所在为止 因为需要遍历链表，所以操作慢
Hash字典
Hash
底层，数组+链表，与hashmap相似，只能保存字符串
rehash不一样，采用了渐进式rehash，保留新旧两个 hash 结构，在空闲时间逐渐rehash
当hash移除了最后一个元素，该数据结构被删除
缺点：结构存储消耗高于单个字符串
hset x key value
hgetall x
hlen x
hget x key
hmset k1 v1 k2 v2 批量增加
底层原理
struct RedisDb {
dict* dict; // all keys key=>value
dict* expires; // all expired keys key=>long(timestamp)
}
struct zset {
dict *dict; // all values value=>score
zskiplist *zsl;
}
内部有两个hashtable --和java的hashmap一样
edis 的字典默认的 hash 函数是siphash，重复性低
hash元素个数大于2倍时考虑扩容，大于5倍时强制扩容。
Set
sadd x key
smembers x 获得x中所有元素
sismember x key 查询是否存在， return 1 0
spop x 弹出一个
scard x 获取x长度
Zset 有序set 底层是链表，所以不能二分查找定位
zadd zrange zcard zrem删除
跳跃列表
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-K0T3GHUK-1593086673887)(Untitled.assets/image-20200607211941308.png)]
层级式，类似于B+树
探索 四个列表
压缩列表 ziplist
struct ziplist {
int32 zlbytes; // 整个压缩列表占用字节数
int32 zltail_offset; // 最后一个元素距离压缩列表起始位置的偏移量，用于快速定位到最后一个
节点
int16 zllength; // 元素个数
T[] entries; // 元素内容列表，挨个挨个紧凑存储
int8 zlend; // 标志压缩列表的结束，值恒为 0xFF
}
支持双向遍历 有 zltail_offset
扩容，可能重新分配一块内存，可能在原有的扩张
intset小整数zipset
set 集合在数量很小的时候不使用 ziplist 来存储
快速列表 quickset
Redis 的跳跃表共有 64 层，意味着最多可以容纳 2^64 次方个元素
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NeEiCnQT-1593086673897)(Untitled.assets/image-20200607212653612.png)]
跳跃列表 skiplist
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Va3bNhos-1593086673899)(Untitled.assets/image-20200607212930241.png)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1ubwHiMH-1593086673902)(Untitled.assets/image-20200607213021733.png)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rM7zIh9H-1593086673903)(Untitled.assets/image-20200607213032170.png)]
紧凑列表listpack
Redis 5.0 又引入了一个新的数据结构 listpack，它是对 ziplist 结构的改进
struct listpack {
int32 total_bytes; // 占用的总字节数
int16 size; // 元素个数
T[] entries; // 紧凑排列的元素列表
int8 end; // 同 zlend 一样，恒为 0xFF
}
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2P4lhceB-1593086673905)(Untitled.assets/image-20200607213622391.png)]
不同的是长度字段放在了元素的尾部，而且存储的不是上一个元素的长度，是当前元素的长度。正是因为长度放在了尾部，所以可以省去了 zltail_offset 字段来标记最后一个元素的位置，这个位置可以通过total_bytes 字段和最后一个元素的长度字段计算出来
探索「 「 基数树」 」
Rax 是 Redis 内部比较特殊的一个数据结构，它是一个有序字典树 (基数树 Radix
Tree)，按照 key 的字典序排列，支持快速地定位、插入和删除操作。Redis 五大基础数据结
构里面，能作为字典使用的有 hash 和 zset。hash 不具备排序功能，zset 则是按照 score 进
行排序的。rax 跟 zset 的不同在于它是按照 key 进行排序的
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TEHphKW0-1593086673906)(Untitled.assets/image-20200607215448353.png)]
struct raxNode {
int<1> isKey; // 是否没有 key，没有 key 的是根节点
int<1> isNull; // 是否没有对应的 value，无意义的中间节点
int<1> isCompressed; // 是否压缩存储，这个压缩的概念比较特别
int<29> size; // 子节点的数量或者是压缩字符串的长度 (isCompressed)
byte[] data; // 路由键、子节点指针、value 都在这里
}