本篇文章为你整理了Redis 数据结构（redis数据结构底层实现原理）的详细内容，包含有redis数据结构有哪些 redis数据结构底层实现原理 redis数据结构使用场景 redis数据结构 Redis 数据结构，希望能帮助你了解 Redis 数据结构。

　　Redis 之所以快主要得益于它的数据结构、操作内存数据库、单线程和多路 I/O 复用模型，进一步窥探下它常见的五种基本数据的底层数据结构。

　　Redis 常见数据类型对应的的底层数据结构。

　　String：简单动态字符串。

　　List：双向链表、压缩列表。

　　Hash：压缩列表、哈希表。

　　Sorted Set：压缩列表、跳表。

　　Set：哈希表、整数数组。

　　2、双向链表

　　C 语言是没有内置链表这种结构，而当一个列表键包含较多的元素，或者列表中包含的元素都是比较长的字符串的时，Redis 就会使用链表作为 list 的底层实现，就自己实现了双向链表，相当于Java 语言中的LinkedList，但又不完全是。

　　单纯的链表优缺点：

　　双向链表数据结构，支持前后顺序遍历。

　　不需要连续的的内存空间，插入和删除的时间复杂度是 O(1) 级别的，效率较高。

　　比起数组它的缺点就是查询较慢（时间复杂度O(n)）。

　　常见使用场景

　　双向链表的特性经常被用于异步队列的使用。实际开发中将需要延后处理的任务结构体序列化成字符串，放入Redis 的队列中，另一个线程从这个列表中获取数据进行后续的业务逻辑。

　　链表节点结构

　　从redis/src/adlist.h 源码文件中查看链表节点结构设计。

1 typedef struct listNode {

　　2 struct listNode *prev; // 前置节点，如果是list的头结点，则prev指向NULL

　　3 struct listNode *next;// 后置节点，如果是list尾部结点，则next指向NULL

　　4 void *value; // 记录该节点的值，能够存放任何信息（也叫万能节点）

　　5 } listNode;

　　从listNode 结构中看到一个节点由头指针 prev 、尾指针 next 以及节点的值 value 组成，这种有前置节点和后置节点很明显就是一个双向链表。

　　为了方便操作，Redis 在 listNode 链表节点结构体基础上又封装了 list 这个数据结构，而且封装之后，还提供了头节点、尾节点以及一些自定义的函数。链表结构如下：

 1 typedef struct list { 

　　 2 listNode *head; // 链表 头结点 指针

　　 3 listNode *tail; // 链表 尾结点 指针

　　 4 unsigned long len; // 链表长度计数器 即 节点的个数

　　 6 // 三个函数指针

　　 7 void *(*dup)(void *ptr); // 复制函数 复制链表节点保存的值

　　 8 void (*free)(void *ptr); // 释放函数 释放链表节点保存的值

　　 9 int (*match)(void *ptr, void *key); // 匹配函数 查找节点时使用 比较链表节点所保存的节点值和另一个输入的值是否相等

　　10 } list;

　　list 结构为链表提供了链表头指针 head、链表尾节点 tail、链表节点数量 len、以及可以自定义实现的 dup、free、match 函数。

　　head：链表 头结点 指针，指向了双向链表的最开始的一个节点；

　　tail：链表 尾结点 指针，指向了双向链表的最后一个节点；

　　len：代表了双向链表节点的数量；

　　dup：复制函数，用于复制双向链表节点所保存的值；

　　free：释放函数，用于释放双向链表节点所保存的值；

　　match：匹配函数，用于对比双向链表节点所保存的值和另外一个的输入值是否相等。

　　右进左出（队列）

　　队列在结构上是先进先出（FIFO）的数据结构（比如排队购票的顺序），常见场景如消息排队、异步处理等，用于确保元素的访问顺序。
lpush - 从左边边添加元素

127.0.0.1:6379 lpush tjt_list 1 2 3

　　rpush - 从右边添加元素

127.0.0.1:6379 rpush tjt_list 1 2 3

　　llen - 获取列表的长度

127.0.0.1:6379 llen tjt_list

　　lpop - 从左边弹出元素

127.0.0.1:6379 lpop tjt_list

　　右进右出（栈）

　　栈在结构上是先进后出（FILO）的数据结构（比如弹夹压入子弹，子弹被射击出去的顺序就是栈），这种数据结构一般用来处理一些逆序输出的业务场景。

　　lpush - 从左边边添加元素

127.0.0.1:6379 lpush tjt_list 1 2 3

　　rpush - 从右边添加元素

127.0.0.1:6379 rpush tjt_list 1 2 3

　　rpop - 从右边弹出元素

127.0.0.1:6379 rpop tjt_list

　　慢操作

　　由于列表(list)的链表数据结构，它的遍历是慢操作，所以涉及到遍历的性能将会随着遍历区间range 的增大而增大。在Redis 链表中，list 的索引运行为负数，-1代表倒数第一个，-2代表倒数第二个，其它同理。

　　lindex - 遍历获取列表指定索引处的值(下方所有为 0)

127.0.0.1:6379 lindex tjt_list 0

　　"you"

　　lrange - 获取从索引start 到stop 处的全部值

127.0.0.1:6379 lrange tjt_list 0 -1

　　1) "you"

　　2) "will"

　　3) "never"

　　4) "know"

　　ltrim - 截取并保存索引start 到stop 处的全部值，其它将会被删除

127.0.0.1:6379 ltrim tjt_list 1 -1

　　127.0.0.1:6379 lrange tjt_list 0 -1

　　1) "will"

　　2) "never"

　　3) "know"

　　非普通LinkedList

　　前面提到了Redis 数据类型List 对应的的底层数据结构有 双向链表 和 压缩列表，因为 Redis底层存储list(列表)不是一个简单的LinkedList，而是quicklist 快速列表。

　　为什么用quicklist 替代LinkedList

　　普通的LinkedList node节点元素，都会持有一个prev- 执行前一个node 节点和next- 指向后一个node 节点的指针（引用），这种结构虽然支持前后顺序遍历，但是也带来了不小的内存开销，如果node 节点仅仅是一个int 类型的值，那么引用的内存比例将会更大。所以Redis 底层对于list(列表)的存储，当元素个数少的时候，它会使用一块连续的内存空间来存储，这样可以减少每个元素增加prev 和next 指针带来的内存消耗，减少内存碎片化问题。

　　quicklist

　　quicklist 是多个ziplist (压缩列表)组成的双向列表。

　　ziplist

　　ziplist是一块连续的内存地址，他们之间无需持有prev和next指针，能通过地址顺序寻址访问。

　　3、链表小结

　　链表优势

　　listNode 链表节点的结构里带有 prev 和 next 指针，获取某个节点的前置节点或后置节点的时间复杂度只需O(1)，而且这两个指针都可以指向 NULL，所以链表是无环链表，对双向链表的访问以 NULL 结束；

　　list 结构因为提供了表头指针 head 和表尾节点 tail，所以获取链表的表头、表尾节点的时间复杂度都是 O(1)；

　　list 结构因为提供了链表节点数量 len，通过 len 属性直接获取节点的数量，时间复杂度为 O(1) , 效率高；

　　listNode 链表节使用 void* 指针保存节点值，并且可以通过 list 结构的 dup、free、match 函数指针为节点设置该节点类型特定的函数，因此链表节点可以保存各种不同类型的值。

　　​链表缺陷

　　链表每个节点之间的内存都是不连续的，无法很好利用 CPU 缓存。数组数据结构就能很好利用 CPU 缓存，因为数组的内存是连续的，可以充分利用 CPU 缓存来加速访问。

　　保存一个链表节点的值每次都需要为一个链表节点结构头分配空间，内存开销较大。Redis 3.0 的 List 对象在数据量比较少的情况下，会采用 压缩列表 作为底层数据结构的实现，节省内存空间，降低保存链表节点的内存开销。

　　最是人间留不住

　　朱颜辞镜花辞树

　　以上就是Redis 数据结构（redis数据结构底层实现原理）的详细内容，想要了解更多 Redis 数据结构的内容，请持续关注盛行IT软件开发工作室。

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