你确定不来了解一下Redis中List的原理吗

前言

在上一章中我们介绍了 Hash的一些内部原理（《你确定不来了解一下Redis中Hash的原理吗》）,在这一章中我们再来讨论在五种数据结构中 List 的基本使用和一些内部实现.

基本介绍

Redis的List 呢相当于 Java 中的 LinkedList,也是双向链表.具有一些和 LinkedList 同样的特征,比如插入和删除一条很快,时间复杂度为 O(1),获取头结点和尾节点也很快,时间复杂度也为 O(1),随机读取则相对较慢时间复杂度为 O(n).常用作消息队列.

当做队列使用时,遵循先进先出原则:

> rpush books python java golang
(integer) 3
> lpop books
"python"
> lpop books
"java"

当做栈使用时,遵循先进后出原则:

> rpush books python java golang
(integer) 3
> rpop books
"golang"
> rpop books
"java"

同时还可以通过 get(index)的方法获取:

> rpush books python java golang
(integer) 3
> lindex books 0
"python"
> lindex books -1
"golang"

index从 0 开始,可以为负数 -1 代表倒数第一个元素

内部实现

上述部分我们把 Redis 中的 List当做 Java 中的 LinkedList 操作,因为有很多相同的部分.但实际上在 Redis 中链表的内部实现可不是一个简单的双向链表.在数据量较少的时候它的底层存储结构为一块连续内存,称之为ziplist(压缩列表).当数据量较多的时候将会变成链表的结构.后来因为链表需要 prev 和 next 两个指针占用内存很多,改用 ziplist+链表的混合结构,称之为 quicklist(快速链表).在新的版本中 Redis 链表统一使用 quicklist来存储.下面我们就来详细介绍这种数据结构.

ziplist 压缩列表

先来看看 ziplist 的数据结构:

struct ziplist<T>{
    int32 zlbytes;            //压缩列表占用字节数
    int32 zltail_offset;    //最后一个元素距离起始位置的偏移量,用于快速定位到最后一个节点
    int16 zllength;            //元素个数
    T[] entries;            //元素内容
    int8 zlend;                //结束位 0xFF
}

如图所示:

有了 ztail_offset 就可以快速的定位到最后一个节点,这样就可以倒序遍历了.也就是说 ziplist支持双向遍历.

下面再来看下 entry 的内部实现:

struct entry{
    int<var> prevlen;            //前一个 entry 的长度
    int<var> encoding;            //元素类型编码
    optional byte[] content;    //元素内容
}

当 ziplist 倒序遍历的时候,就是通过这个pervlen定位到前一个元素位置的.

encoding 保存了 content 的编码类型.

content 则是保存的元素内容,它是optional 类型表示是这个字段是可选的.当content 是很小的整数时,他会内联到 encoding 字段的尾部.

quicklist 快速列表

quicklist 是 ziplist 和链表的混合体.下面是 quicklist和 node 的部分数据结构:

struct quicklist{
    quicklistNode* head;    //指向头结点
    quicklistNode* tail;    //指向尾节点
    long count;                //元素总数
    int nodes;                //quicklistNode节点的个数
    int compressDepth;        //压缩算法深度
    ...
}

为了节约空间 Redis 还会对 ziplist 使用 LZF 算法进行压缩,可以选择压缩深度.我们待会在说.

如上图所示,quicklist含有两个 quicklistNode 代表头结点和尾节点,其中每个head 和 tail 之间是双向链表.每个quicklistNode指向一个 ziplist.

struct quicklistNode{
    quicklistNode* prev;    //前一个节点
    quicklistNode* next;    //后一个节点
    ziplist* zl;            //压缩列表
    int32 size;                //ziplist大小
    int16 count;            //ziplist 中元素数量
    int2 encoding;            //编码形式 存储 ziplist 还是进行 LZF 压缩储存
    ...
}

在 quicklist 中每个 ziplist 默认大小是 8kb,超出这个字节就会增加一个 ziplist.这个默认大小是可配置的,由list-max-ziplist-size决定.

上面说到 ziplist 可以使用 LZF 算法压缩,通过list-compress-depth配置.默认情况下quicklist 的压缩深度是 0,也就是不压缩.配置为 1 的话代表从头/尾开始第 1 个ziplsit 进行压缩.

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