引导者# 简介Redis 是一个高性能的键值存储系统，广泛应用于缓存、消息队列和实时数据分析等领域。其底层数据结构的设计直接影响了 Redis 的性能和功能特性。本文将从 Redis 的核心数据结构出发，深入探讨其底层实现原理。---## 一、Redis 核心数据结构概述### 1.1 Redis 数据结构分类Redis 的数据结构主要分为以下几类：-
简单动态字符串（SDS）
-
双端链表
-
字典（Dictionary）
-
跳跃表（Skip List）
-
压缩列表（ziplist）
-
整数集合（intset）
这些数据结构共同构成了 Redis 的高效操作基础。---## 二、简单动态字符串（SDS）### 2.1 SDS 的定义简单动态字符串（Simple Dynamic String）是 Redis 中用于存储字符串的核心数据结构。与 C 字符串不同，SDS 在字符串末尾额外存储了字符串长度信息，避免了频繁计算字符串长度的操作。### 2.2 SDS 的实现细节-
结构体定义
：SDS 的结构体中包含两个字段：- `len`：表示字符串的实际长度。- `alloc`：表示分配给该字符串的总容量。-
优点
：- 减少了字符串长度计算的时间复杂度。- 支持快速追加字符串操作。### 2.3 使用场景SDS 广泛用于 Redis 的字符串类型（String）、列表类型（List）等数据结构中。---## 三、双端链表### 3.1 双端链表的定义Redis 使用双端链表作为其底层数据结构之一，主要用于实现列表（List）类型的数据存储。### 3.2 双端链表的实现细节-
双向指针
：每个节点都包含指向前后节点的指针，便于高效的插入和删除操作。 -
内存管理
：Redis 对链表节点进行了内存池优化，减少了频繁的内存分配和释放开销。### 3.3 使用场景双端链表主要在列表类型（List）中使用，支持高效的插入和删除操作。---## 四、字典（Dictionary）### 4.1 字典的定义字典（Hash Table）是 Redis 中用于存储键值对的核心数据结构。它基于哈希表实现，能够快速查找、插入和删除键值对。### 4.2 字典的实现细节-
哈希函数
：Redis 使用 MurmurHash2 等高效哈希算法，确保键值分布均匀。 -
哈希表数组
：字典内部维护一个哈希表数组，每个槽位存储一个链表或跳跃表，用于解决哈希冲突。 -
动态扩容
：当哈希表负载因子超过阈值时，Redis 会自动进行扩容操作。### 4.3 使用场景字典广泛用于 Redis 的哈希类型（Hash）、集合类型（Set）以及有序集合类型（Sorted Set）中。---## 五、跳跃表（Skip List）### 5.1 跳跃表的定义跳跃表是一种支持快速查找、插入和删除操作的数据结构。Redis 使用跳跃表实现有序集合（Sorted Set）的底层存储。### 5.2 跳跃表的实现细节-
层级结构
：跳跃表由多个层级组成，每个层级是一个有序链表，顶层链表包含较少的元素，底层链表包含所有元素。 -
随机化
：跳跃表中的每个节点是否被提升到更高层级的概率由随机数决定，确保性能接近平衡树。### 5.3 使用场景跳跃表主要在有序集合（Sorted Set）中使用，支持高效的范围查询和排序操作。---## 六、压缩列表（ziplist）### 6.1 压缩列表的定义压缩列表（ziplist）是 Redis 用于节省内存的一种特殊数据结构，通常用于存储少量的字符串或整数值。### 6.2 压缩列表的实现细节-
紧凑存储
：压缩列表通过紧凑存储的方式减少内存占用。 -
编码方式
：支持多种编码方式（如整数编码、字符串编码），根据数据类型动态选择最优存储方式。### 6.3 使用场景压缩列表主要在列表类型（List）、哈希类型（Hash）和有序集合类型（Sorted Set）中使用，当数据量较小时可以显著节省内存。---## 七、整数集合（intset）### 7.1 整数集合的定义整数集合（intset）是 Redis 用于存储整数集合的一种高效数据结构，主要用于节约内存。### 7.2 整数集合的实现细节-
紧凑存储
：整数集合通过紧凑存储的方式减少内存占用。 -
升级机制
：当需要存储更大范围的整数时，整数集合会自动升级为更高效的存储方式。### 7.3 使用场景整数集合主要在集合类型（Set）中使用，当集合元素均为整数时可以显著节省内存。---## 八、总结Redis 的底层数据结构设计充分体现了高效性和灵活性。通过合理选择和组合不同的数据结构，Redis 实现了高性能的键值存储功能。理解这些底层数据结构的实现原理，不仅有助于更好地使用 Redis，还能为其他系统的性能优化提供参考。
简介Redis 是一个高性能的键值存储系统，广泛应用于缓存、消息队列和实时数据分析等领域。其底层数据结构的设计直接影响了 Redis 的性能和功能特性。本文将从 Redis 的核心数据结构出发，深入探讨其底层实现原理。---
一、Redis 核心数据结构概述
1.1 Redis 数据结构分类Redis 的数据结构主要分为以下几类：- **简单动态字符串（SDS）** - **双端链表** - **字典（Dictionary）** - **跳跃表（Skip List）** - **压缩列表（ziplist）** - **整数集合（intset）**这些数据结构共同构成了 Redis 的高效操作基础。---
二、简单动态字符串（SDS）
2.1 SDS 的定义简单动态字符串（Simple Dynamic String）是 Redis 中用于存储字符串的核心数据结构。与 C 字符串不同，SDS 在字符串末尾额外存储了字符串长度信息，避免了频繁计算字符串长度的操作。
2.2 SDS 的实现细节- **结构体定义**：SDS 的结构体中包含两个字段：- `len`：表示字符串的实际长度。- `alloc`：表示分配给该字符串的总容量。- **优点**：- 减少了字符串长度计算的时间复杂度。- 支持快速追加字符串操作。
2.3 使用场景SDS 广泛用于 Redis 的字符串类型（String）、列表类型（List）等数据结构中。---
三、双端链表
3.1 双端链表的定义Redis 使用双端链表作为其底层数据结构之一，主要用于实现列表（List）类型的数据存储。
3.2 双端链表的实现细节- **双向指针**：每个节点都包含指向前后节点的指针，便于高效的插入和删除操作。 - **内存管理**：Redis 对链表节点进行了内存池优化，减少了频繁的内存分配和释放开销。
3.3 使用场景双端链表主要在列表类型（List）中使用，支持高效的插入和删除操作。---
四、字典（Dictionary）
4.1 字典的定义字典（Hash Table）是 Redis 中用于存储键值对的核心数据结构。它基于哈希表实现，能够快速查找、插入和删除键值对。
4.2 字典的实现细节- **哈希函数**：Redis 使用 MurmurHash2 等高效哈希算法，确保键值分布均匀。 - **哈希表数组**：字典内部维护一个哈希表数组，每个槽位存储一个链表或跳跃表，用于解决哈希冲突。 - **动态扩容**：当哈希表负载因子超过阈值时，Redis 会自动进行扩容操作。
4.3 使用场景字典广泛用于 Redis 的哈希类型（Hash）、集合类型（Set）以及有序集合类型（Sorted Set）中。---
五、跳跃表（Skip List）
5.1 跳跃表的定义跳跃表是一种支持快速查找、插入和删除操作的数据结构。Redis 使用跳跃表实现有序集合（Sorted Set）的底层存储。
5.2 跳跃表的实现细节- **层级结构**：跳跃表由多个层级组成，每个层级是一个有序链表，顶层链表包含较少的元素，底层链表包含所有元素。 - **随机化**：跳跃表中的每个节点是否被提升到更高层级的概率由随机数决定，确保性能接近平衡树。
5.3 使用场景跳跃表主要在有序集合（Sorted Set）中使用，支持高效的范围查询和排序操作。---
六、压缩列表（ziplist）
6.1 压缩列表的定义压缩列表（ziplist）是 Redis 用于节省内存的一种特殊数据结构，通常用于存储少量的字符串或整数值。
6.2 压缩列表的实现细节- **紧凑存储**：压缩列表通过紧凑存储的方式减少内存占用。 - **编码方式**：支持多种编码方式（如整数编码、字符串编码），根据数据类型动态选择最优存储方式。
6.3 使用场景压缩列表主要在列表类型（List）、哈希类型（Hash）和有序集合类型（Sorted Set）中使用，当数据量较小时可以显著节省内存。---
七、整数集合（intset）
7.1 整数集合的定义整数集合（intset）是 Redis 用于存储整数集合的一种高效数据结构，主要用于节约内存。
7.2 整数集合的实现细节- **紧凑存储**：整数集合通过紧凑存储的方式减少内存占用。 - **升级机制**：当需要存储更大范围的整数时，整数集合会自动升级为更高效的存储方式。
7.3 使用场景整数集合主要在集合类型（Set）中使用，当集合元素均为整数时可以显著节省内存。---
八、总结Redis 的底层数据结构设计充分体现了高效性和灵活性。通过合理选择和组合不同的数据结构，Redis 实现了高性能的键值存储功能。理解这些底层数据结构的实现原理，不仅有助于更好地使用 Redis，还能为其他系统的性能优化提供参考。
