Redis基础数据结构源码

1、SDS：动态字符串

src/sds.h:50

struct sdshdr {
    // 记录buf数组中已使用的字节数，即SDS字符串长度
    int len;
    // 记录buf数组中未使用的字节数
    int free;
    // 字节数组，用于保存字符串
    char buf[];
}

1. 杜绝缓冲区溢出。
2. 减少修改字符串长度时所需的内存重分配次数。
3. 二进制安全。
4. 兼容部分C字符串函数。

2、链表

src/adlist.h:68

/*
 * 双端链表节点
 */
typedef struct listNode {

    // 前置节点
    struct listNode *prev;

    // 后置节点
    struct listNode *next;

    // 节点的值
    void *value;

} listNode;
typedef struct list {

    // 表头节点
    listNode *head;

    // 表尾节点
    listNode *tail;

    // 节点值复制函数
    void *(*dup)(void *ptr);

    // 节点值释放函数
    void (*free)(void *ptr);

    // 节点值对比函数
    int (*match)(void *ptr, void *key);

    // 链表所包含的节点数量
    unsigned long len;

} list;

• 双端：链表节点带有 prev 和 next 指针，获取某个节点的前置节点和后置节点的复杂度都是 O(1)。
• 无环：表头节点的 prev 指针和表尾节点的 next 指针都指向 NULL，对链表的访问以 NULL 为终点。
• 带表头指针和表尾指针：通过 list 结构的 head 指针和 tail 指针，程序获取链表的表头节点和表尾节点的复杂度为 O(1)。
• 带链表长度计数器：程序使用 list 结构的 len 属性来对 list 持有的链表节点进行计数，程序获取链表中节点数量的复杂度为 O(1)。
• 多态：链表节点使用 void* 指针来保存节点值，并且可以通过 list 结构的 dup、free、match 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。

链表被广泛用于实现 Redis 的各种功能，比如列表键、发布与订阅、慢查询、监视器等。

3、字典

Redis中字典使用的是hash表来作为底层实现，每个字典有两个hash表，一个平时使用，另一个仅仅在rehash使用。

Redis使用MurmurHash2算法来计算哈希值，使用链地址法来解决键冲突，即发生hash冲突的时候，以链表的方式存储键值对。

采取渐进式hash方式进行收缩或者扩容。

/*
 * 字典
 */
typedef struct dict {

    // 类型特定函数
    dictType *type;

    // 私有数据
    void *privdata;

    // 哈希表
    dictht ht[2];

    // rehash 索引
    // 当 rehash 不在进行时，值为 -1
    int rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */

    // 目前正在运行的安全迭代器的数量
    int iterators; /* number of iterators currently running */

} dict;
/*
 * 字典类型特定函数
 */
typedef struct dictType {

    // 计算哈希值的函数
    unsigned int (*hashFunction)(const void *key);

    // 复制键的函数
    void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);

    // 复制值的函数
    void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);

    // 对比键的函数
    int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);

    // 销毁键的函数
    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
    
    // 销毁值的函数
    void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);

} dictType;

/* This is our hash table structure. Every dictionary has two of this as we
 * implement incremental rehashing, for the old to the new table. */
/*
 * 哈希表
 *
 * 每个字典都使用两个哈希表，从而实现渐进式 rehash 。
 */
typedef struct dictht {
    
    // 哈希表数组
    dictEntry **table;

    // 哈希表大小
    unsigned long size;
    
    // 哈希表大小掩码，用于计算索引值
    // 总是等于 size - 1
    unsigned long sizemask;

    // 该哈希表已有节点的数量
    unsigned long used;

} dictht;

/* If safe is set to 1 this is a safe iterator, that means, you can call
 * dictAdd, dictFind, and other functions against the dictionary even while
 * iterating. Otherwise it is a non safe iterator, and only dictNext()
 * should be called while iterating. */
/*
 * 字典迭代器
 *
 * 如果 safe 属性的值为 1 ，那么在迭代进行的过程中，
 * 程序仍然可以执行 dictAdd 、 dictFind 和其他函数，对字典进行修改。
 *
 * 如果 safe 不为 1 ，那么程序只会调用 dictNext 对字典进行迭代，
 * 而不对字典进行修改。
 */
typedef struct dictIterator {
        
    // 被迭代的字典
    dict *d;

    // table ：正在被迭代的哈希表号码，值可以是 0 或 1 。
    // index ：迭代器当前所指向的哈希表索引位置。
    // safe ：标识这个迭代器是否安全
    int table, index, safe;

    // entry ：当前迭代到的节点的指针
    // nextEntry ：当前迭代节点的下一个节点
    //             因为在安全迭代器运作时， entry 所指向的节点可能会被修改，
    //             所以需要一个额外的指针来保存下一节点的位置，
    //             从而防止指针丢失
    dictEntry *entry, *nextEntry;

    long long fingerprint; /* unsafe iterator fingerprint for misuse detection */
} dictIterator;
/*
 * 哈希表节点
 */
typedef struct dictEntry {
    
    // 键
    void *key;

    // 值
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
    } v;

    // 指向下个哈希表节点，形成链表
    struct dictEntry *next;

} dictEntry;

4、跳跃表

/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
/*
 * 跳跃表节点
 */
typedef struct zskiplistNode {

    // 成员对象
    robj *obj;

    // 分值
    double score;

    // 后退指针
    struct zskiplistNode *backward;

    // 层
    struct zskiplistLevel {

        // 前进指针
        struct zskiplistNode *forward;

        // 跨度
        unsigned int span;

    } level[];

} zskiplistNode;

/*
 * 跳跃表
 */
typedef struct zskiplist {

    // 表头节点和表尾节点
    struct zskiplistNode *header, *tail;

    // 表中节点的数量
    unsigned long length;

    // 表中层数最大的节点的层数
    int level;

} zskiplist;

 

5、整数集合

 7、压缩表