前言

????同整數(shù)集合一樣壓縮列表也不是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而是 Redis 自己設(shè)計的一種數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。它有點兒類似數(shù)組，通過一片連續(xù)的內(nèi)存空間，來存儲數(shù)據(jù)。不過，它跟數(shù)組不同的一點是，它允許存儲的數(shù)據(jù)大小不同。

一、壓縮列表

????聽到“壓縮”兩個字，直觀的反應(yīng)就是節(jié)省內(nèi)存。之所以說這種存儲結(jié)構(gòu)節(jié)省內(nèi)存,是相較于數(shù)組的存儲思路而言的。我們知道,數(shù)組要求每個元素的大小相同,如果我們要存儲不同長度的字符串,那我們就需要用最大長度的字符串大小作為元素的大小(假設(shè)是20個字節(jié))。存儲小于 20 個字節(jié)長度的字符串的時候，便會浪費部分存儲空間。

????數(shù)組的優(yōu)勢占用一片連續(xù)的空間可以很好的利用CPU緩存訪問數(shù)據(jù)。如果我們想要保留這種優(yōu)勢，又想節(jié)省存儲空間我們可以對數(shù)組進(jìn)行壓縮。

?????但是這樣有一個問題，我們在遍歷它的時候由于不知道每個元素的大小是多少，因此也就無法計算出下一個節(jié)點的具體位置。這個時候我們可以給每個節(jié)點增加一個lenght的屬性。

????如此。我們在遍歷節(jié)點的之后就知道每個節(jié)點的長度(占用內(nèi)存的大小)，就可以很容易計算出下一個節(jié)點再內(nèi)存中的位置。這種結(jié)構(gòu)就像一個簡單的壓縮列表了。

二、Redis壓縮列表

????壓縮列表(zip1ist)是列表和哈希的底層實現(xiàn)之一。

????當(dāng)一個列表只包含少量列表項,并且每個列表項要么就是小整數(shù)值,要么就是長度比較短的字符串,那么Redis就會使用壓縮列表來做列表的底層實現(xiàn)。

????當(dāng)一個哈希只包含少量鍵值對,比且每個鍵值對的鍵和值要么就是小整數(shù)值,要么就是長度比較短的字符串,那么Redis就會使用壓縮列表來做哈希的底層實現(xiàn)。

2.1 Redis壓縮列表的構(gòu)成

????壓縮列表是Redis為了節(jié)約內(nèi)存而開發(fā)的,是由一系列特殊編碼的連續(xù)內(nèi)存塊組成的順序型(sequential)數(shù)據(jù)結(jié)枃。一個壓縮列表可以包含任意多個節(jié)點(entry),每個節(jié)點可以保存一個字節(jié)數(shù)組或者一個整數(shù)值，如下圖。

示例：

????如上圖，展示了一個總長為80字節(jié)，包含3個節(jié)點的壓縮列表。如果我們有一個指向壓縮列表起始地址的指針p，那么表為節(jié)點的地址就是P+60。

2.2 Redis壓縮列表節(jié)點的構(gòu)成

????每個壓縮列表節(jié)點可以保存一個字節(jié)數(shù)組或者一個整數(shù)值。其中，字節(jié)數(shù)組可以是以下三種長度中的一種。

• 長度小于等于63(2^6-1)字節(jié)的字節(jié)數(shù)組;
• 長度小于等于16383(2^14-1)字節(jié)的字節(jié)數(shù)組
• 長度小于等于4294967295(2^32-1)字節(jié)的字節(jié)數(shù)組

整數(shù)值可以是以下6種長度中的一種

• 4位長,介于0至12之間的無符號整數(shù)
• 1字節(jié)長的有符號整數(shù)
• 3字節(jié)長的有符號整數(shù)
• int16_t類型整數(shù)
• int32_t類型整數(shù)
• int64_t類型整數(shù)

????節(jié)點的 previous_entry_length屬性以字節(jié)為單位,記錄了壓縮列表中前一個節(jié)點的長度。 previous_entry_length屬性的長度可以是1字節(jié)或者5字節(jié)。

• 如果前一節(jié)點的長度小于254字節(jié),那么 previous_entry_length屬性的長度為1字節(jié)，前一節(jié)點的長度就保存在這一個字節(jié)里面。
• 如果前一節(jié)點的長度大于等于254字節(jié),那么 previous_entry_length屬性的長度為5字節(jié):其中屬性的第一字節(jié)會被設(shè)置為0xFE(十進(jìn)制值254),而之后的四個字節(jié)則用于保存前一節(jié)點的長度.

????節(jié)點的encoding屬性記錄了節(jié)點的content屬性所保存數(shù)據(jù)的類型以及長度。

• 一字節(jié)、兩字節(jié)或者五字節(jié)長,值的最高位為00、01或者10的是字節(jié)數(shù)組編碼這種編碼表示節(jié)點的 content屬性保存著字節(jié)數(shù)組,數(shù)組的長度由編碼除去最高兩位之后的其他位記錄。
• 一字節(jié)長,值的最高位以11開頭的是整數(shù)編碼:這種編碼表示節(jié)點的content屬性保存著整數(shù)值,整數(shù)值的類型和長度由編碼除去最高兩位之后的其他位記錄。

????節(jié)點的content屬性負(fù)責(zé)保存節(jié)點的值,節(jié)點值可以是一個字節(jié)數(shù)組或者整數(shù),值的類型和長度由節(jié)點的encoding屬性決定。

• 編碼的最高兩位00表示節(jié)點保存的是一個字節(jié)數(shù)組。
• 編碼的后六位001011記錄了字節(jié)數(shù)組的長度11。
• content屬性保存著節(jié)點的值"hello world"。
• 編碼11000000表示節(jié)點保存的是一個int16_t類型的整數(shù)值;
• content屬性保存著節(jié)點的值10086

2.3 常用操作的時間復(fù)雜度

操作時間復(fù)雜度

創(chuàng)建一個新的壓縮列表	O(1)
創(chuàng)建一個包含給定值的新節(jié)點,并將這個新節(jié)點添加到壓縮列表的表頭或者表尾	平均O(N)，最壞O(N^2)(可能發(fā)生連鎖更新)
將包含給定值的新節(jié)點插人到給定節(jié)點之后	平均O(N)，最壞O(N^2)(可能發(fā)生連鎖更新)
返回壓縮列表給定索引上的節(jié)點	O(N)
在壓縮列表中査找并返回包含了給定值的節(jié)點	因為節(jié)點的值可能是一個字節(jié)數(shù)組,所以檢查節(jié)點值和給定值是否相同的復(fù)雜度為O(N),而查找整個列表的復(fù)雜度則為(N^2)
返回給定節(jié)點的下一個節(jié)點	O(1)
返回給定節(jié)點的前一個節(jié)點	O(1)
獲取給定節(jié)點所保存的值	O(1)
從壓縮列表中刪除給定的節(jié)點	平均O(N)，最壞O(N^2)(可能發(fā)生連鎖更新)
刪除壓縮列表在給定索引上的連續(xù)多個	平均O(N)，最壞O(N^2)(可能發(fā)生連鎖更新)
返回壓縮列表目前占用的內(nèi)存字節(jié)數(shù)	O(1)
返回壓縮列表目前包含的節(jié)點數(shù)量	點數(shù)量小于65535時為O(1),大于65535時為O(N)

本文重點

• 壓縮列表是Redis為節(jié)約內(nèi)存自己設(shè)計的一種順序型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

• 壓縮列表被用作列表鍵和哈希鍵的底層實現(xiàn)之一。
• 壓縮列表可以包含多個節(jié)點,每個節(jié)點可以保存一個字節(jié)數(shù)組或者整數(shù)值。

• 添加新節(jié)點到壓縮列表,或者從壓縮列表中刪除節(jié)點,可能會引發(fā)連鎖更新操作,但這種操作出現(xiàn)的幾率并不高。

參考

《Redis設(shè)計與實現(xiàn)》

《Redis開發(fā)與運維》

《Redis官方文檔》

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/hunternet/p/11306690.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的图解Redis之数据结构篇——压缩列表的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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