1 字符串

redis并未使用傳統(tǒng)的c語(yǔ)言字符串表示，它自己構(gòu)建了一種簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)字符串抽象類型。

在redis里，c語(yǔ)言字符串只會(huì)作為字符串字面量出現(xiàn)，用在無(wú)需修改的地方。

當(dāng)需要一個(gè)可以被修改的字符串時(shí)，redis就會(huì)使用自己實(shí)現(xiàn)的SDS（simple dynamic string）。比如在redis數(shù)據(jù)庫(kù)里，包含字符串的鍵值對(duì)底層都是SDS實(shí)現(xiàn)的，不止如此，SDS還被用作緩沖區(qū)（buffer）：比如AOF模塊中的AOF緩沖區(qū)以及客戶端狀態(tài)中的輸入緩沖區(qū)。

下面來(lái)具體看一下sds的實(shí)現(xiàn)：

struct sdshdr {int len;//buf已使用字節(jié)數(shù)量（保存的字符串長(zhǎng)度）int free;//未使用的字節(jié)數(shù)量char buf[];//用來(lái)保存字符串的字節(jié)數(shù)組 };

sds遵循c中字符串以'\0'結(jié)尾的慣例，這一字節(jié)的空間不算在len之內(nèi)。

這樣的好處是，我們可以直接重用c中的一部分函數(shù)。比如printf；

? ? sds相對(duì)c的改進(jìn)

? ? 獲取長(zhǎng)度：c字符串并不記錄自身長(zhǎng)度，所以獲取長(zhǎng)度只能遍歷一遍字符串，redis直接讀取len即可。

? ? 緩沖區(qū)安全：c字符串容易造成緩沖區(qū)溢出，比如：程序員沒(méi)有分配足夠的空間就執(zhí)行拼接操作。而redis會(huì)先檢查sds的空間是否滿足所需要求，如果不滿足會(huì)自動(dòng)擴(kuò)充。

? ? 內(nèi)存分配：由于c不記錄字符串長(zhǎng)度，對(duì)于包含了n個(gè)字符的字符串，底層總是一個(gè)長(zhǎng)度n+1的數(shù)組，每一次長(zhǎng)度變化，總是要對(duì)這個(gè)數(shù)組進(jìn)行一次內(nèi)存重新分配的操作。因?yàn)閮?nèi)存分配涉及復(fù)雜算法并且可能需要執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，所以它通常是比較耗時(shí)的操作。? ?

? ? redis內(nèi)存分配：

1、空間預(yù)分配：如果修改后大小小于1MB，程序分配和len大小一樣的未使用空間，如果修改后大于1MB，程序分配? 1MB的未使用空間。修改長(zhǎng)度時(shí)檢查，夠的話就直接使用未使用空間，不用再分配。?

2、惰性空間釋放：字符串縮短時(shí)不需要釋放空間，用free記錄即可，留作以后使用。

? ? 二進(jìn)制安全

c字符串除了末尾外，不能包含空字符，否則程序讀到空字符會(huì)誤以為是結(jié)尾，這就限制了c字符串只能保存文本，二進(jìn)制文件就不能保存了。

而redis字符串都是二進(jìn)制安全的，因?yàn)橛衛(wèi)en來(lái)記錄長(zhǎng)度。

2 鏈表

作為一種常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，鏈表內(nèi)置在很多高級(jí)語(yǔ)言中，因?yàn)閏并沒(méi)有，所以redis實(shí)現(xiàn)了自己的鏈表。

鏈表在redis也有一定的應(yīng)用，比如列表鍵的底層實(shí)現(xiàn)之一就是鏈表。（當(dāng)列表鍵包含大量元素或者元素都是很長(zhǎng)的字符串時(shí)）

發(fā)布與訂閱、慢查詢、監(jiān)視器等功能也用到了鏈表。

具體實(shí)現(xiàn)：

//redis的節(jié)點(diǎn)使用了雙向鏈表結(jié)構(gòu) typedef struct listNode {// 前置節(jié)點(diǎn)struct listNode *prev;// 后置節(jié)點(diǎn)struct listNode *next;// 節(jié)點(diǎn)的值void *value; } listNode; //其實(shí)學(xué)過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)該都實(shí)現(xiàn)過(guò) typedef struct list {// 表頭節(jié)點(diǎn)listNode *head;// 表尾節(jié)點(diǎn)listNode *tail;// 鏈表所包含的節(jié)點(diǎn)數(shù)量unsigned long len;// 節(jié)點(diǎn)值復(fù)制函數(shù)void *(*dup)(void *ptr);// 節(jié)點(diǎn)值釋放函數(shù)void (*free)(void *ptr);// 節(jié)點(diǎn)值對(duì)比函數(shù)int (*match)(void *ptr, void *key); } list;

總結(jié)一下redis鏈表特性：

雙端、無(wú)環(huán)、帶長(zhǎng)度記錄、

多態(tài)：使用?void*?指針來(lái)保存節(jié)點(diǎn)值， 可以通過(guò)?dup?、?free?、?match?為節(jié)點(diǎn)值設(shè)置類型特定函數(shù)， 可以保存不同類型的值。

3、字典

其實(shí)字典這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也內(nèi)置在很多高級(jí)語(yǔ)言中，但是c語(yǔ)言沒(méi)有，所以redis自己實(shí)現(xiàn)了。

應(yīng)用也比較廣泛，比如redis的數(shù)據(jù)庫(kù)就是字典實(shí)現(xiàn)的。不僅如此，當(dāng)一個(gè)哈希鍵包含的鍵值對(duì)比較多，或者都是很長(zhǎng)的字符串，redis就會(huì)用字典作為哈希鍵的底層實(shí)現(xiàn)。

來(lái)看看具體是實(shí)現(xiàn)：

//redis的字典使用哈希表作為底層實(shí)現(xiàn) typedef struct dictht {// 哈希表數(shù)組dictEntry **table;// 哈希表大小unsigned long size;// 哈希表大小掩碼，用于計(jì)算索引值// 總是等于 size - 1unsigned long sizemask;// 該哈希表已有節(jié)點(diǎn)的數(shù)量unsigned long used;} dictht;

table?是一個(gè)數(shù)組， 數(shù)組中的每個(gè)元素都是一個(gè)指向dictEntry?結(jié)構(gòu)的指針， 每個(gè)?dictEntry?結(jié)構(gòu)保存著一個(gè)鍵值對(duì)。

圖為一個(gè)大小為4的空哈希表。

我們接著就來(lái)看dictEntry的實(shí)現(xiàn)：

typedef struct dictEntry {// 鍵void *key;// 值union {void *val;uint64_t u64;int64_t s64;} v;// 指向下個(gè)哈希表節(jié)點(diǎn)，形成鏈表struct dictEntry *next; } dictEntry;

（v可以是一個(gè)指針， 或者是一個(gè)?uint64_t?整數(shù)， 又或者是一個(gè)?int64_t?整數(shù)。）

next就是解決鍵沖突問(wèn)題的，沖突了就掛后面，這個(gè)學(xué)過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)該都知道吧，不說(shuō)了。

?

下面我們來(lái)說(shuō)字典是怎么實(shí)現(xiàn)的了。

typedef struct dict {// 類型特定函數(shù)dictType *type;// 私有數(shù)據(jù)void *privdata;// 哈希表dictht ht[2];// rehash 索引int rehashidx; //* rehashing not in progress if rehashidx == -1 } dict;

type?和?privdata?是對(duì)不同類型的鍵值對(duì)， 為創(chuàng)建多態(tài)字典而設(shè)置的：

type?指向?dictType?， 每個(gè)?dictType?保存了用于操作特定類型鍵值對(duì)的函數(shù)， 可以為用途不同的字典設(shè)置不同的類型特定函數(shù)。

而?privdata?屬性則保存了需要傳給那些類型特定函數(shù)的可選參數(shù)。

而dictType就暫時(shí)不展示了，不重要而且字有點(diǎn)多。。。還是講有意思的東西吧

? ? rehash（重新散列）

隨著我們不斷的操作，哈希表保存的鍵值可能會(huì)增多或者減少，為了讓哈希表的負(fù)載因子維持在合理的范圍內(nèi)，有時(shí)需要對(duì)哈希表進(jìn)行合理的擴(kuò)展或者收縮。?一般情況下， 字典只使用?ht[0]?哈希表，?ht[1]?哈希表只會(huì)在對(duì)?ht[0]?哈希表進(jìn)行 rehash 時(shí)使用。

redis字典哈希rehash的步驟如下：

1）為ht[1]分配合理空間：如果是擴(kuò)展操作，大小為第一個(gè)大于等于ht[0]*used*2的，2的n次冪。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?如果是收縮操作，大小為第一個(gè)大于等于ht[0]*used的，2的n次冪。

2）將ht[0]中的數(shù)據(jù)rehash到ht[1]上。

3）釋放ht[0]，將ht[1]設(shè)置為ht[0]，ht[1]創(chuàng)建空表，為下次做準(zhǔn)備。

? ? 漸進(jìn)rehash

數(shù)據(jù)量特別大時(shí)，rehash可能對(duì)服務(wù)器造成影響。為了避免，服務(wù)器不是一次性rehash的，而是分多次。

我們維持一個(gè)變量rehashidx，設(shè)置為0，代表rehash開(kāi)始，然后開(kāi)始rehash，在這期間，每個(gè)對(duì)字典的操作，程序都會(huì)把索引rehashidx上的數(shù)據(jù)移動(dòng)到ht[1]。

隨著操作不斷執(zhí)行，最終我們會(huì)完成rehash，設(shè)置rehashidx為-1.

需要注意：rehash過(guò)程中，每一次增刪改查也是在兩個(gè)表進(jìn)行的。

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的redis——数据结构（字典、链表、字符串）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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