整數集合

當一個集合只包含整數，且這個集合的元素不多的時候，Redis 就會使用整數集合 intset 。首先看 intset 的數據結構：

typedef struct intset {// 編碼方式uint32_t encoding;// 集合包含的元素數量uint32_t length;// 保存元素的數組int8_t contents[];
} intset;

其實 intset 的數據結構比較好理解。一個數據保存元素，length 保存元素的數量，也就是contents的大小，encoding 用于保存數據的編碼方式。

通過代碼我們可以知道，encoding 的編碼類型包括了：

#define INTSET_ENC_INT16 (sizeof(int16_t))
#define INTSET_ENC_INT32 (sizeof(int32_t))
#define INTSET_ENC_INT64 (sizeof(int64_t))

實際上我們可以看出來。 Redis encoding的類型，就是指數據的大小。作為一個內存數據庫，采用這種設計就是為了節約內存。

既然有從小到大的三個數據結構，在插入數據的時候盡可能使用小的數據結構來節約內存，如果插入的數據大于原有的數據結構，就會觸發擴容。

擴容有三個步驟：

1. 根據新元素的類型，修改整個數組的數據類型，并重新分配空間
2. 將原有的的數據，裝換為新的數據類型，重新放到應該在的位置上，且保存順序性
3. 再插入新元素

整數集合不支持降級操作，一旦升級就不能降級了。

跳躍表

跳躍表是鏈表的一種，是一種利用空間換時間的數據結構。跳表平均支持 O(logN)，最壞O(N)復雜度的查找。

跳表是由一個zskiplist 和 多個 zskiplistNode 組成。我們先看看他們的結構：

/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
/** 跳躍表節點*/
typedef struct zskiplistNode {// 成員對象robj *obj;// 分值double score;// 后退指針struct zskiplistNode *backward;// 層struct zskiplistLevel {// 前進指針struct zskiplistNode *forward;// 跨度unsigned int span;} level[];} zskiplistNode;/** 跳躍表*/
typedef struct zskiplist {// 表頭節點和表尾節點struct zskiplistNode *header, *tail;// 表中節點的數量unsigned long length;// 表中層數最大的節點的層數int level;} zskiplist;

所以根據這個代碼我們可以畫出如下的結構圖：

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-8veqZuZy-1573628505436)(media/15663755251342/15663757297856.jpg)]

其實跳表就是一個利用空間換時間的數據結構，利用 level 作為鏈表的索引。

之前有人問過 Redis 的作者 為什么使用跳躍表，而不是 tree 來構建索引？作者的回答是：

1. 省內存。
2. 服務于 ZRANGE 或者 ZREVRANGE 是一個典型的鏈表場景。時間復雜度的表現和平衡樹差不多。
3. 最重要的一點是跳躍表的實現很簡單就能達到 O(logN)的級別。

壓縮列表

壓縮鏈表 Redis 作者的介紹是，為了盡可能節約內存設計出來的雙向鏈表。
對于一個壓縮列表代碼里注釋給出的數據結構如下：

zlbytes 表示的是整個壓縮列表使用的內存字節數zltail 指定了壓縮列表的尾節點的偏移量zllen 是壓縮列表 entry 的數量entry 就是 ziplist 的節點zlend 標記壓縮列表的末端

這個列表中還有單個指針：

ZIPLIST_ENTRY_HEAD 列表開始節點的頭偏移量ZIPLIST_ENTRY_TAIL 列表結束節點的頭偏移量ZIPLIST_ENTRY_END 列表的尾節點結束的偏移量

再看看一個 entry 的結構：

/** 保存 ziplist 節點信息的結構*/
typedef struct zlentry {// prevrawlen ：前置節點的長度// prevrawlensize ：編碼 prevrawlen 所需的字節大小unsigned int prevrawlensize, prevrawlen;// len ：當前節點值的長度// lensize ：編碼 len 所需的字節大小unsigned int lensize, len;// 當前節點 header 的大小// 等于 prevrawlensize + lensizeunsigned int headersize;// 當前節點值所使用的編碼類型unsigned char encoding;// 指向當前節點的指針unsigned char *p;} zlentry;

依次解釋一下這幾個參數。

prevrawlen 前置節點的長度，這里多了一個 size，其實是記錄了 prevrawlen 的尺寸。Redis 為了節約內存并不是直接使用默認的 int 的長度，而是逐漸升級的。
同理 len 記錄的是當前節點的長度，lensize 記錄的是 len 的長度。
headersize 就是前文提到的兩個 size 之和。
encoding 就是這個節點的數據類型。這里注意一下 encoding 的類型只包括整數和字符串。
p 節點的指針，不用過多的解釋。

需要注意一點，因為每個節點都保存了前一個節點的長度，如果發生了更新或者刪除節點，則這個節點之后的數據也需要修改，有一種最壞的情況就是如果每個節點都處于需要擴容的零界點，就會造成這個節點之后的節點都要修改 size 這個參數，引發連鎖反應。這個時候就是 壓縮鏈表最壞的時間復雜度 O(n^2)。 不過所有節點都處于臨界值，這樣的概率可以說比較小。

總結

至此Redis的基本數據結構就介紹完了。我們可以看到 Redis 對內存的使用真是“斤斤計較”，對于內存是使用特別節約。同時 Redis 作為一個單線程應用，不用考慮并發的問題，將很多類似 size 或者 length 的參數暴露出來，將很多 O(n) 的操作降低為 O(1)。