一. 常见数据结构的底层数据结构
1. 动态字符串SDS(Simple Dynamic String)
为什么要这样设计呢?为什么不用c语言的字符串呢?
- 保证二进制安全且无需遍历数组获取长度
c语言没有字符串,是靠字符数组实现的,并且以“ \0 ”作为结束标志,但是如果数据中间存在结束字符会导致读取数据不全的问题,所以引入len变量来保存字符数量,以len作为标准去读取数据,同时无需遍历数组获取长度(len) - 动态扩容
2. IntSet
本质是一个动态有序的整数数组。
encoding表示编码方式,数组中的数据就按照该编码方式存储。
如果数据超过了编码的范围怎么办呢?
如何确保有序呢? 底层如何查找的呢?
3. Dict(dictionary)
3.1组成
和java中jdk1.7版本的HashMap底层数据结构十分相似,由三部分组成:hash表(数组),哈希节点(entry)、字典(Dict)
每个Dict有两个hashTable一个用于存储当前数据,一个用于rehash(后续详细介绍)。
每个hashTable(dictHT)存储entry的指针以及hash表大小和entry个数,其中有一个sizemask用于进行hash求索引比如n&sizemask等价于n%size(sizemask+1),&运算速率更加快。
当发生hash碰撞的时候就是key运算后索引相同则使用单向链表,进行前插法添加新元素。
3.2 扩容
3.3 收缩
hashTable默认size为4,怎么收缩都不能低于4。
收缩后的size为大于等于实际entry个数的最小2的n次方(5->8)
3.4 rehash
因为一次新增的数据太多,导致rehash一次性更新到新的hashTable时长太长而影响其他业务性能,所以每次执行增删改查的时候才会去更新一个索引的数据,直到结束为止。
4.ZipList
为什么不使用相同内存存储entry呢?
回答:之所以叫压缩列表,就是因为去除了链表中的指针(一个指针8字节),并且每个entry由实际内容决定,节省了大批内存空间。
在遍历的时候,无需使用链表的指针来获取前一个元素和下一个元素,而是根据previous_enrty_length计算前一个entry的起始地址,通过自身大小计算下一节点地址。
连锁更新问题
如果这个时候插入一个节点并且长度大于254,将会导致pre_enrty_length属性由1字节变成5字节导致后面的该属性全部连锁更新为5字节。
(该情况发生概率很低)
总结特性
- 可以看成一种连续空间的"双向链表" ,首尾操作简单
- 节点之间不通过指针连接,记录上一节点和本节点长度寻址,节省内存
- 如果节点数量过多,导致链表过长,需要逐个遍历,查询效率不高
- 增删大数据时可能发生连续更新问题
5. QuickList
上面说到ZipList的致命缺点:空间连续,如果数据过多,申请效率会变低,查询效率也下降,如何解决呢?
- 可以通过限制ZipList的长度和entry大小
- 对于大量的数据进行分片,多个ZipList存储
- 多个ZipList进行联系,引入主角:QuickList
5.1 组成
QuickList本质是一个双端链表,但是每个节点指向ZipList,使得ZipList们联系起来。
config get list-max-ziplist-size
config get list-compress-depth
5.2 底层源码(结合组成示意图理解)
5.3 特点总结
- 是一个节点为ZipList的双端链表
- 节点采用ZipList,解决了传统链表的内存占用问题(指针)
- 控制了ZipList的大小,解决申请效率的问题
- 中间节点可以进一步压缩,进一步节省内存空间。
6.SkipList
上面聊了这么多链表,其实都没看到怎么去解决快速查找中间节点的问题,这里引入的SkipList就优化了链表中元素查找效率。
它和其他传统链表不同:1、元素按升序排列(也是方便后续的查找)
根据score值进行排序
2、节点可能包含多个指针,跨度不一样(加速查找效率,跳表的来源)
上源码:是个双向链表,每个节点值是SDS,整个排序考score,然后就是前后指针,由于增序,所以多级指针体现在forword(向后),跨度不一所以使用数组存储。
示意图
特点总结:
- 双向链表,每个节点都含score和ele值
-节点按score排序,score值相同则按 ele字典排序(字符串) - 每个节点可包含多级指针,1-32之间
- 指针层级越高,跨度越大
- 增删修改效率和红黑树 基本一致,实现却简单