Redis数据结构原理

可能就前面的记录一下，后面的很多是截图存在Typora上。。粘过来不显示，我也懒得弄了，应该是比较完整的笔记记录了，这里只放了一小部分，有了这些完全可以自己写一个小Redis玩具了，有空试试吧

简单动态字符串SDS

Redis没有直接使用C语言传统的字符串表示，而使自己构建了一种名为简单动态字符串的抽象SDS

C 字符串	SDS
获取字符串长度的复杂度为 O(N) 。	获取字符串长度的复杂度为 O(1) 。
API 是不安全的，可能会造成缓冲区溢出。	API 是安全的，不会造成缓冲区溢出。
修改字符串长度 N 次必然需要执行 N 次内存重分配。	修改字符串长度 N 次最多需要执行 N 次内存重分配。
只能保存文本数据。	可以保存文本或者二进制数据。
可以使用所有 库中的函数。 | 可以使用一部分 库中的函数。

Redis 的链表实现的特性可以总结如下：

• 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。

字典dict

rehash

一般字典都会有ht[0] ht[1]两个字典，而ht1就是rehash时用的

步骤：

1. 判断是收缩还是扩容，确定ht1的size

2. 将ht0的数据迁移到ht1

3. 释放ht0，ht1成为ht0，新建ht1

当满足以下条件时，哈希表会进行扩展和收缩

1. 服务器目前没有执行BGSIVE或者BGREWRITEAOF命令，并且哈希表的负载因子>=1

2. 服务器目前正在执行这两条命令之一，且负载因子>=5

3. 负载因子=ht[0].used / ht[0].size

4. 负载因子小于0.1 进行收缩

原因：处于对执行BGSIVE或者BGREWRITEAOF命令时期时，redis会创建服务器进程的子进程，一般采用写时复制的策略优化子进程效率，所以子进程存在时会尽量避免rehash，因此提高了此时所需的负载因子

其次：rehash是渐进rehash

也就是说redis实际执行rehash时是采用每次对字典增删改查时顺便rehash，一些操作过后，字典rehash完成。当然了，在此期间，比如对字典的查找是在ht0和ht1上都进行查找

跳跃表

跳跃表是一种有序数据结构，支持Ologn的查找，最坏On。还可以通过顺序性操作批量处理节点

• header | tail 头尾指针

• level 跳跃表层数最大的节点（排除表头节点）

• 每层 记录了这一跳的前进指针以及跨度这两个属性，显然层数越多跳跃表的查找遍历就越快，跨度用来统计走过的距离，方便统计Rank

• 后退制作backward BW标记了向前一个结点的倒退指针，以实现表尾到表头的遍历操作

• 分值和对象，value从小到大构成跳跃表，对象保存一个SDS，value相同时按SDS字典序排

遍历时从高层往下查，碰到的前进指针跨度是1是往下走，知道碰到null证明到头了

整数集合

整数集合是集合间的底层实现之一，当set只有整数元素并且数量不多时，会采用整数集合

升级，但不支持降级

每当新添加的整数类型比现有类型长时，会进行升级操作，这样的动态策略可以节省内存

压缩列表

列表键和哈希键的底层实现之一

列表短且只有整数时使用压缩列表，zset的键值对数量小于128，长度都小于64字节时也使用这个

AOF

与rdb保存数据库键值对不同，AOF持久化通过保存Redis执行的写命令持久化

AOF持久化的实现

可以分为命令 追加append 文件写入 文件同步sync三个步骤

命令追加

比如SET KEY VALUE执行后，这条命令会最佳到服务器状态的aof_buf

缓冲区的末尾

AOF文件的写入与同步以及appendfsync选项

Redis 服务器进程就是一个时间循环，这个循环中的文件事件负责接收客户端的命令请求，以及向客户端发送命令回复，而时间事件负责执行serverCron函数这样需要定时运行的函数，

fsync和fdatasync同步函数

现代操作系统中用户调用write函数，通常先把数据放到内存缓冲区中，等到缓冲区满了或到了指定时间才会写入，这样虽然提高效率但也有停机时的不安全性，使用这两个同步函数强制操作系统将缓冲区的数据写入磁盘

appendfsync选项的值得效果

always时，最安全但也最慢，他最多只丢失一个事件循环中的命令数据

everysec时，每秒都有负责这个的子线程进行同步，够快且最多丢失一秒的追加命令

no时，同样每个事件循环都把缓冲区数据写到aof，但aof文件的同步由操作系统决定，因为一般不需要同步，所以这种模式的aof文件写入速度很快，但一旦发生丢失数据则会丢失上次同步aof后的所有数据

AOF重写

利用命令的合并和覆盖，创建一个新的aof文件替代原有的aof，新的aof只执行持久化必须的一部分的命令体积小很多

重写伪代码p150

子进程AOF重写后的同步