Redis基本数据结构

五种基本数据结构

1. string（字符串）
   string是Redis中最简单的数据结构，string的内部表示就是一个字符数组。
   常见的用法是将高级语言中的对象通过JSON序列化成字符串，然后将序列化后的字符串存储到Redis。取对象时通过一次反序列化转换成应用中的对象。
   Redis中的字符串和Java中的不一样，Redis中的字符串是动态字符串，可以进行修改，内部结构的实现类似于Java的ArrayList，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配。

   
   
   string的内部结构
   
   

   上图中的capacity是string分配的空间实际大小，length指的是字符串的实际大小，当字符串的长度小于1MB的时候，扩容策略是是加倍现有空间。当字符串长度超过1MB的时候，每次扩容只会扩容1MB空间。

NOTE:字符串的最大长度为512MB

如果value是一个整数还可以进行自增操作（incr/incrby），自增操作是有范围的，它的范围在singled long的最大值和最小值之间[-2^63, 2^63]，超出这个范围Redis会报错。

字符串由多个字节组成，每个字节由8bit位组成，因此可以将string结构当成bitmap（位图）数据结构来使用。

2. list（列表）
   Redis的列表类似于Java中的LinkedList，底层实现是双向链表。因为是链表所以list的插入和删除操作非常快，时间复杂度是O(1)，索引定位相对较慢，时间复杂度为O(n)。

   
   
   列表的内部结构

通过列表的一端进另一端出可以实现队列一样的结构，用于消息排队和异步逻辑处理，用来保证元素访问的顺序性。
通过列表的一端进一端出可以实现栈的结构，用Redis的列表数据结构当成栈使用场景比较少见。

深入来看Redis的列表并不是简单的一个双向链表，而是一个“快速链表”（quicklist）的结构。
首先在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（压缩列表）。分配的是一块连续的内存，将所有的元素紧挨着一块存储。
当数据量比较多的时候会改成quicklist，快速列表是将链表和ziplist结合起来，在插入删除性能和空间冗余上面做了折中方案。

快速列表内部结构

3. hash（字典）
   Redis的字典（hash）类似于Java中的HashMap，是无序字典，内部存储了许多键值对。

   
   
   hash

hash的结构和Java中HashMap的结构类似，都是“数组+链表”的二维结构，也就是说通过“链表法”去解决了hash冲突。

字典内部结构

和HashMap不同的是Redis的字典只能存储字符串（hash中的单个子key也可以用来计数），并且rehash的方式不一样，Redis为了高性能采用渐进式rehash策略。
渐进式rehash在rehash的时候，会保留新旧两个hash结构，会在后续的定时任务中渐进式的一点点将旧hash中的内容迁移到新的hash结构中，迁移完成后会用新的hash结构，旧hash结构内存被回收。

4. set（集合）
   Redis的set类似于Java中的HashSet，内部的键值对是无序的、唯一的。内部实现相当于一个值为NULL的特殊字典。
   常常被用来实现业务中的去重功能
5. zset（有序列表）
   zset是Redis提供的最具特色的数据结构，类似于Java中的SortedSet和HashMap的结合体。
   
   zset
   
   首先zset能保证内部value的唯一性，其次每个value都可以关联一个score（double类型会存在精度问题），score代表了value的排序权重值。zset的内部实现采用了一种“跳跃列表”的数据结构。
   zset实际上是一个复合结构，一方面使用了hash结构来存储了value和score的对应关系，另一方面需要表达出zset的顺序性，并且能够通过score的范围获取value，这就需要另外一种结构“跳跃列表”。
   跳跃列表
   首先zset需要支持随机插入和删除，所以需要链表的结构来存储数据，但是zset是根据socre排序的，当需要插入数据是要定位到指定位置插入数据，这样才能保证链表的有序。查找位置通常会采用二分法去查找，但是二分法只支持数组，所以需要采用基于链表的增强数据结构“跳跃列表”。
   
   跳跃列表底层结构
   
   上图中定位到一个红色的value-score对象，首先从header开始遍历它的向后指针，找到第一个score值小于要定位对象的score值的对象，然后循环执行上一个过程，形成如上图中红色的查找路径。