Redis系列-14.Redis经典五大类型源码及底层实现(二)(下)

本文涉及的产品
云数据库 Tair(兼容Redis),内存型 2GB
Redis 开源版,标准版 2GB
推荐场景:
搭建游戏排行榜
简介: Redis系列-14.Redis经典五大类型源码及底层实现(二)

Redis系列-14.Redis经典五大类型源码及底层实现(二)(上):https://developer.aliyun.com/article/1414747


quicklistNode结构


quicklistNode中的*zl指向一个ziplist,一个ziplist可以存放多个元素


Redis7


listpack紧凑列表


是用来替代 ziplist 的新数据结构,在 7.0 版本已经没有 ziplist 的配置了(6.0版本仅部分数据类型作为过渡阶段在使用)


源码实现


本图最下方有lpush命令执行后直接调用pushGenericCommand命令

看看redis6的相同文件t_list.c

实现:object.c

Redis7的List的一种编码格式,list用quicklist存储,quicklist存储了一个双向链表,每个节点都是一个listpack


quicklist是listpack和linkedlist的结合体


Set数据结构介绍


Redis用intset或hashtable存储set。如果元素都是整数类型,就用intset存储。


如果不是整数类型,就用hashtable(数组+链表的存来储结构)。key就是元素的值,value为null。

Set的两种编码格式


intset


hashtable


源码分析



ZSet数据结构介绍


Redis6


当有序集合中包含的元素数量超过服务器属性 server.zset_max_ziplist_entries 的值(默认值为 128 ),或者有序集合中新添加元素的 member 的长度大于服务器属性 server.zset_max_ziplist_value 的值(默认值为 64 )时,redis会使用跳跃表作为有序集合的底层实现。


否则会使用ziplist作为有序集合的底层实现


Redis7


ZSet的两种编码格式


redis6:ziplist + skiplist


redis7:listpack + skiplist


源码分析


Redis6



Redis7



skiplist


为什么引出跳表


先从一个单链表来讲


对于一个单链表来讲,即便链表中存储的数据是有序的,如果我们要想在其中查找某个数据,也只能从头到尾遍历链表。


这样查找效率就会很低,时间复杂度会很高O(N)

但是存在痛点:

解决方法:升维,也叫空间换时间。


优化


从这个例子里,我们看出,加来一层索引之后,查找一个结点需要遍历的结点个数减少了,也就是说查找效率提高了。


优化二


画一个包含64个节点的链表,按照前面讲的这种思路,建立五级索引


是什么?


skiplist是一种以空间换取时间的结构。


由于链表,无法进行二分查找,因此借鉴数据库索引的思想,提取出链表中关键节点(索引),先在关键节点上查找,再进入下层链表查找,提取多层关键节点,就形成了跳跃表


but


由于索引也要占据一定空间的,所以,索引添加的越多,空间占用的越多


总体来讲 跳表 = 链表 + 多级索引


跳表时间 + 空间复杂度介绍


时间复杂度


跳表查询的时间复杂度分析,如果链表里有N个结点,会有多少级索引呢?


按照我们前面讲的,两两取首。每两个结点会抽出一个结点作为上一级索引的结点,以此估算:


第一级索引的结点个数大约就是n/2,

第二级索引的结点个数大约就是n/4,

第三级索引的结点个数大约就是n/8,依次类推…


也就是说,第k级索引的结点个数是第k-1级索引的结点个数的1/2,那第k级索引结点的个数就是n/(2^k)

空间复杂度


跳表查询的空间复杂度分析


比起单纯的单链表,跳表需要存储多级索引,肯定要消耗更多的存储空间。那到底需要消耗多少额外的存储空间呢?


我们来分析一下跳表的空间复杂度。


第一步:首先原始链表长度为n,

第二步:两两取首,每层索引的结点数:n/2, n/4, n/8 … , 8, 4, 2 每上升一级就减少一半,直到剩下2个结点,以此类推;如果我们把每层索引的结点数写出来,就是一个等比数列。

这几级索引的结点总和就是n/2+n/4+n/8…+8+4+2=n-2。所以,跳表的空间复杂度是O(n) 。也就是说,如果将包含n个结点的单链表构造成跳表,我们需要额外再用接近n个结点的存储空间。


第三步:思考三三取首,每层索引的结点数:n/3, n/9, n/27 … , 9, 3, 1 以此类推;


第一级索引需要大约n/3个结点,第二级索引需要大约n/9个结点。每往上一级,索引结点个数都除以3。为了方便计算,我们假设最高一级的索引结点个数是1。我们把每级索引的结点个数都写下来,也是一个等比数列

通过等比数列求和公式,总的索引结点大约就是n/3+n/9+n/27+…+9+3+1=n/2。尽管空间复杂度还是O(n) ,但比上面的每两个结点抽一个结点的索引构建方法,要减少了一半的索引结点存储空间。


所以空间复杂度是O(n);


优缺点


优点:


跳表是一个最典型的空间换时间解决方案,而且只有在数据量较大的情况下才能体现出来优势。而且应该是读多写少的情况下才能使用,所以它的适用范围应该还是比较有限的


缺点:


维护成本相对要高,在单链表中,一旦定位好要插入的位置,插入结点的时间复杂度是很低的,就是O(1)


but


新增或者删除时需要把所有索引都更新一遍,为了保证原始链表中数据的有序性,我们需要先找到要动作的位置,这个查找操作就会比较耗时最后在新增和删除的过程中的更新,时间复杂度也是O(log n)

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