《Redis设计与实现》读书笔记-第一部分：数据结构与对象

目录

1.1简单动态字符串（SDS）：

1.2链表

 1.3字典（符号表、关联数组、映射）

1.3.1字典的实现

1.4跳跃表 

1.5整数集合

 1.6压缩列表

 1.7对象

1.7.1对象的类型与编码

 1.7.2字符串对象

 1.7.3列表对象

 1.7.4哈希对象

  1.7.5集合对象

 1.7.6有序集合对象

 1.7.7类型检查与命令多态

1.7.8内存回收

 1.7.9对象共存

 1.7.10对象的空转时长

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1.1简单动态字符串（SDS）：

1、redis构建了一种名为简单动态字符串得抽象类型，并用此作为redis默认的字符串表示。

2、C字符串只会在redis中最为字符串字面量（无需修改的地方）

3、SDS遵循C字符串以空字符串结尾的惯例，保存空字符的一字节空间不算在SDS的len属性里面；遵循空字节符结尾的好处是可以直接用C字符串函数库的函数（例如复制、对比等）

4、SDS跟C字符串的区别：

1. SDS结构中又专门记录SDS字符串的属性，所以可以在常数复杂度获取字符串长度
2. SDS字符串可以防止缓冲区溢出。与C字符串不同的是，当需要对SDS进行修改的时候，API会先检查SDS的空间是否满足修改的需求，如果不满足的话API会自动将SDS空间孔容。（扩容规则：如果修改之后SDS的长度，也就是len属性的值小于1MB，纳闷程序分配和len属性同样大小的未使用空间；反之，程序则分配1MB的未使用空间）
3.  二进制安全。redis的buf数组是用来保存一些列二进制数据的。

1.2链表

链表在redis的应用非常广泛，列表键的底层实现之一就是链表，当一个列表键包含了数量比较多的元素，又或者列表中包含的元素都是比较长的字符串时，redis就会使用链表作为列表键的底层实现：

1. 链表的节点结构：
2. list结构：用list结构来持有链表操作会更方便

 1.3字典（符号表、关联数组、映射）

一种用于保存键值对的数据结构。字典中的每个键都是独一无二的。redis的数据库就是用字典来实现的、哈希键的实现（包含的键值对比较对、键值对中的元素都是比较长的字符串）之一也是字典。

1.3.1字典的实现

1. 字典使用哈希表作为底层实现，哈希表中有多个哈希节点，每个哈希节点保存字典中的一个键值对
2. 哈希表：属性定义：table是一个数组，数组中的每个元素都指向一个哈希节点的指针；size的记录哈希表的大小（即他变了数组的大小）。sizemask等于size-1，用于计算键值对在哈希表上的位置。
3. 哈希表节点：key保存的时键值对中的键，v保存的是值。因为这个哈希表用的是链地址法来解决冲突，所以next属性指向的是下一个哈希节点。
4. 字典结构：
5. 哈希算法：
6. rehash：
7. 哈希表的扩展与收缩：
8. 渐进式rehash：rehash动作不是一次性集中式的完成的，而是分多次、渐进式的完成的，因为如果ht[0]数组中报错的键值对是超大数据的时候，一次性的完成会导致服务器停止服务。

1.4跳跃表 

redis使用跳跃表作为有序集合键的底层实现之一（有序集合包含的元素数量比较多，又或者有序集合中元素的成员是比较长的字符串时）

1. 有序表的实现
2. 跳跃表节点                   
3. 跳跃表：                                                               

1.5整数集合

整数集合时集合键的底层实现之一（当一个集合只包含整数值的元素，并且这个集合的元素数量不多时）

1. 整数集合的实现
2. 升级：当一个新元素添加到整数集合里面，并且新元素比整数集合现有所有的元素类型都要长的时候，就要进行升级，才能将新元素添加到整数集合里面。升级分为步：1、根据新元素类型，扩展整数集合底层数组的空间大小，并为新元素分配空间。2、将底层数组原有的元素全部转换成新元素相同类型，并将元素放到正确的位置上。3、将新元素放到底层数组里面
3. 降级：整数集合不支持降级操作

 1.6压缩列表

压缩列表是列表键和哈希键的底层实现之一（只包含少量的列表项，并且每个列表项要么就是小整数值，要么就是长度比较短的字符串）

1. 压缩列表的构成
2. 压缩列表节点构成
3. 连锁更新

 1.7对象

 redis对象系统：字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象、有序集合对象，每个对象都用到了至少一种前面提到的数据结构。对象系统实现了基于引用计数技术的内存回收机制，当程序不再使用某个对象的时候，这个对象所占的内存就会被自动释放。通过引用计数技术实现对象的共享机制，让多个数据库键共享一个对象来节约内存。最后，数据库对象带有访问时间记录信息，该信息可以用于计算数据库键的空转时间，在开启maxmemory功能的情况下，服务器可能会优先删除空转时间长的键。

1.7.1对象的类型与编码

每一次在数据库中新建一个数据库都会创建至少两个对象，分别就是键值。

 

 

 

 1.7.2字符串对象

 如果是整数值且可以用long表示，那么会编码为int；如果是一个字符串值并且长度大于39字节，那么采用raw编码；如果长度小于等于39字节采用embstr编码。 

 

对于Int编码来说，如果使得这个对象保存的不再是整数值而是一个字符串，那么字符串对象的编码会从Int变成raw。embstr编码的字符串对象是只读的，当对embstr编码的字符串执行修改命令时，程序会先将字符串改成raw，再执行修改命令。 

 1.7.3列表对象

 列表对象的编码可以是ziplist或者linkedlist。

如果采用ziplist编码：

 

 编码转换：

 

 

 

 1.7.4哈希对象

哈希对象编码可以是ziplist或者hashtable

  

 

 

  1.7.5集合对象

集合对象的编码可以是intset或者是hashset

 

 

 

 1.7.6有序集合对象

有序集合的编码可以是ziplist或者是skiplist

  skiplist编码的有序集合对象使用zset结构作为底层实现，一个zet结构同时包含一个字典和一个跳跃表：

typedef sruct zset{
    zskiplist *zsl;
    dict *dict;
} zset

 

 

 

 1.7.7类型检查与命令多态

 

 

 

 

 

1.7.8内存回收

 

 1.7.9对象共存

 

 

 

 1.7.10对象的空转时长