Redis存儲結構
1 簡介
從Redis系列（一）：Redis數據結構 可以瞭解到，Redis爲用戶提供了多種數據結構及相應API，用戶可隨心使用，本文將具體介紹這些數據結構的具體實現。
2 Redis存儲結構
Redis主要實現了6中存儲結構，分別爲：整數集合；字典、字符串；鏈表、壓縮列表、跳躍表。
2.1 SDS
SDS是Simple Dynamic String 的首字母縮寫，是對C語言中的字符串的封裝，其主要數據結構定義如下：
struct sdshdr {
// 表示已分配使用的字節數
// buf數組已使用的長度
int len;
// 表示SDS未使用的字節數；
int free;
// 字節數組保存二進制數據
// 遵循C語言規則，以'\0'結尾，但不計算在len屬性
char buf[];
}；
在Redis系列（一）：Redis數據結構 已經講過，Redis所有的鍵都是字符串類型，也就是說所有的鍵都是SDS對象，舉例來說：
set msg “hello world”
該命令創建了一個鍵值對，且鍵和值都是字符串類型，鍵是一個保存着msg的SDS，值是保存着 hello world的SDS；
SDS是對在C字符串的基礎上進行的封裝，具有以下優勢：
常數複雜度獲取字符串長度：C語言獲取字符串長度需要進行一次便利，SDS只需要通過獲取len屬性即可達到目的；減少修改字符串時帶來的內存重分配：C字符串拼接或截斷操作都需要重新分配內存空間，而SDS在分配內存空間時，預留了free長度的空閒空間，能夠有效減少內存衝分配次數；二進制安全：C字符串只能保存文本數據，而SDS能保存包括圖片、音頻、視頻等二進制數據，其原因是SDS是通過len屬性而不是’\0’來判斷字符串的結尾。杜絕緩衝區溢出：C字符串拼接需要手動分配內存空間，以容納拼接後的字符串，如果忘記該操作就會導致緩衝區溢出，SDS已經封裝好了字符串拼接操作，可完全避免緩衝區溢出問題。2.2 鏈表
鏈表是一種常用的數據結構，其基本特性大家都應該很瞭解，如高效的節點重排能力、順序性節點訪問、靈活的節點增刪等。Redis使用的C語言並沒有內置這種數據結構，因此Redis自己實現了鏈表結構。
鏈表節點listNode主要包含三個屬性：前置節點 *prev、後置節點 *next及節點值 *value，並且通過list結構來持有鏈表：
/**
* 鏈表節點數據結構
**/
typedef struct listNode{
struct listNode *prev;
struct listNode *next;
void *value;
} listNode;
/**
* 通過list持有鏈表
**/
typedef struct list{
// 頭節點
listNode *head;
// 尾節點
listNode *tail;
// 鏈表節點數量
unsigned int len;
// 節點複製函數
void *(*dup)(void *ptr);
// 節點釋放函數
void *(*free)(void *ptr);
// 節點值對比函數
void *(*match)(void *ptr);
} list;Redis鏈表具有以下特徵：
- 雙端：list結構持有head和tail指針，獲取表頭或表尾節點時間複雜度爲O(1)；
- 雙向：鏈表每個節點都帶有prev和next指針，獲取前置節點或後置節點時間複雜度爲O(1)；
- 無環：頭節點的prev和尾節點的next都爲NULL；
長度計數器：list通過len屬性記錄鏈表節點數量；
2.3 整數集合
整數集合是集合鍵的底層實現之一，當一個集合只包含整數且數量不多時，Redis就會使用整數集合intset作爲底層實現。
intset可以保存int16_t, int32_t, int64_t的整數值，並且可以保證不重複。
typedef struct intset {
// 編碼方式
uint32_t encoding;
// 集合包含的元素數量
uint32_t length;
// 升序保存着所有元素
int8_t contents[];
} intset;contents屬性聲明爲int8_t類型，但實際上元素的類型取決於encoding屬性的值：
- 如果encoding爲INTSET_ENC_INT16，那麼contents所有元素都是int16_t類型整數值；
- 如果encoding爲INTSET_ENC_INT32，那麼contents所有元素都是int32_t類型整數值；
如果encoding爲INTSET_ENC_INT64，那麼contents所有元素都是int6_4t類型整數值；
升級： 當將一個新元素添加到整數集合，且其長度比集合中任何元素類型都長時，整數集合需要先進行升級，升級分爲三步：
1）根據新元素類型，分配內存空間，包括已有元素和新元素；
2）將已有元素轉換成新元素類型，並放置到新的內存空間；
3）將新元素添加到內存空間；
整個升級過程保證所有元素升序排序。對於具體的內存分配過程，請大家參閱《Redis設計與實現》。
需要說明的是 整數集合不支持降級，因此一旦對數組進行了升級，編碼就會一直保持升級後的狀態。