redis的五种数据类型底层实现_redis的底层数据结构是什么

2024年 5月 16日下午10:16 • 激活谷笔记

redis数据类型(5种)和底层实现

Redis的特点

要用好Redis，首先要明白它的特点：

读写速度快。redis官网测试读写能到10万左右每秒。速度快的原因这里简单说一下，第一是因为数据存储在内存中，我们知道机器访问内存的速度是远远大于访问磁盘的，其次是Redis采用单线程的架构，避免了上下文的切换和多线程带来的竞争，也就不存在加锁释放锁的操作，减少了CPU的消耗，第三点是采用了非阻塞IO多路复用机制。
数据结构丰富。 Redis不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构。这也是这篇文章要讲的。
支持持久化。Redis提供了RDB和AOF两种持久化策略，能最大限度地保证Redis服务器宕机重启后数据不会丢失。
支持高可用。可以使用主从复制，并且提供哨兵机制，保证服务器的高可用。
客户端语言多。因为Redis受到社区和各大公司的广泛认可，所以客户端语言涵盖了所有的主流编程语言，比如Java，C，C++，PHP，NodeJS等等。

Redis的数据结构

下面我们就学习Redis的数据结构，也是使用Redis要知道的最基础的知识。

Redis是一个Key-Value型的内存数据库，它所有的key都是字符串，而value常见的数据类型有五种：string，list，set，zset，hash。

Redis的这些数据结构，在底层都是使用redisObject来进行表示。redisObject中有三个重要的属性，分别是type、 encoding 和 ptr。

type表示保存的value的类型。通常有以下几种，也就是常见的五种数据结构：

字符串 REDIS_STRING
列表 REDIS_LIST
集合 REDIS_SET
有序集合 REDIS_ZSET
字典 REDIS_HASH

string(字符串)

这是redis中最常用的数据类型，字符串对象的 encoding 有三种，分别是：int、raw、embstr。

常用的命令有常用命令: set、get、decr、incr、mget 等。

我们知道Redis是用C语言开发的，但是底层存储不是使用C语言的字符串类型，而是自己开发了一种数据类型SDS进行存储，SDS即Simple Dynamic String ，是一种动态字符串。

hash(字典)

哈希对象的编码有两种，分别是：ziplist、hashtable。

当哈希对象保存的键值对数量小于 512，并且所有键值对的长度都小于 64 字节时，使用ziplist(压缩列表)存储；否则使用 hashtable 存储。

Redis中的hashtable跟Java中的HashMap类似，都是通过"数组+链表"的实现方式解决部分的哈希冲突。

list(链表)

列表对象的编码有两种，分别是：ziplist、linkedlist。当列表的长度小于 512，并且所有元素的长度都小于 64 字节时，使用ziplist存储；否则使用 linkedlist 存储。

Redis中的linkedlist类似于Java中的LinkedList，是一个链表，底层的实现原理也和LinkedList类似。这意味着list的插入和删除操作效率会比较快，时间复杂度是O(1)。

set(集合)

set类型的特点很简单，无序，不重复，跟Java的HashSet类似。它的编码有两种，分别是intset和hashtable。如果value可以转成整数值，并且长度不超过512的话就使用intset存储，否则采用hashtable。

hashtable在前面讲hash类型时已经讲过，这里的set集合采用的hashtable几乎一样，只是哈希表的value都是NULL。这个不难理解，比如用Java中的HashMap实现一个HashSet，我们只用HashMap的key就是了。

zset(有序集合)

zset是Redis中比较有特色的数据类型，它和set一样是不可重复的，区别在于多了score值，用来代表排序的权重。也就是当你需要一个有序的，不可重复的集合列表时，就可以考虑使用这种数据类型。

zset的编码有两种，分别是：ziplist、skiplist。当zset的长度小于 128，并且所有元素的长度都小于 64 字节时，使用ziplist存储；否则使用 skiplist 存储。

这里要讲一下skiplist，也就是跳跃表。它的底层实现比较复杂，这里简单地提一下。

跳表是在双向链表之上加多层索引构成的，相对于双向链表，支持快速查找，更新，删除，所以适用于需求灵活的场景。

查找某一个数据时，先在索引里面查找出一个大的范围，然后再下降到原始链表中精确查找。

因为加一层索引后，查找一个结点需要遍历的次数减少了，所以查找效率大大提升。【空间换时间】

针对链表长度比较大的时候，构建索引查找效率的提升就会非常明显。

跳表的特点

(1) 跳表结合了链表和类似二分查找的思想；

(2) 有很多层结构，由原始链表和一些通过“跳跃”生成的链表组成；

(3) 每一层都是一个有序的链表；

(4) 最底层(Level 1)的链表包含所有元素，越上层“跳跃”的越高，元素(索引)越少；

(5) 查找时从顶层向下，不断缩小搜索范围；

(6) 上层链表是下层链表的子序列；

(7) 每个节点包含两个指针，一个指向同一链表中的下一个元素，一个指向下面一层的元素。

跳表的搜索

现在访问节点7 经过的节点为1->6->7

链表是有序的，但不能使用二分查找（"类似"二分法）。类似二叉搜索树，我们把一些结点提取出来，作为索引。在实际开发中，原始链表中存储的可能是很大的对象，而索引结点只需要存储关键值和几个指针，其额外占用的空间可以被忽略掉。

类似"二分法）。类似二叉搜索树，我们把一些结点提取出来，作为索引。在实际开发中，原始链表中存储的可能是很大的对象，而索引结点只需要存储关键值和几个指针，其额外占用的空间可以被忽略掉。

注意：每隔两个节点往上提升一层建立索引只是理想情况，实际上是通过随机层数K(丢硬币决定 K，随机算法)来实现。