Redis 儲存結構設計

Redis是一個包含了很多Key-Value對的大字典，這個字典支援的Value非常豐富，可以為字串、雜湊表、列表、集合和有序集，基於這些類型豐富的value，擴充出了功能強大的操作，例如hmset、lpush、sadd等


1、字典
字典是Redis最基礎的資料結構，一個字典即一個DB，Redis支援多DB
Redis字典採用Hash表實現，針對碰撞問題，其採用的方法為“鏈地址法”，即將多個雜湊值相同的節點串聯在一起， 從而解決衝突問題。
“鏈地址法”的問題在於當碰撞劇烈時，效能退化嚴重，例如：當有n個資料，m個槽位，如果m=1，則整個Hash表退化為鏈表，查詢複雜度O(n)
為了避免Hash碰撞攻擊，Redis隨機化了Hash表種子

Redis的方案是“雙buffer”，正常流程使用一個buffer，當發現碰撞劇烈（判斷依據為當前槽位元和Key數的對比），分配一個更大的buffer，然後逐步將資料從老的buffer遷移到新的buffer。

2、Redis中的雜湊表

前面提到Redis是個key/value儲存系統，學過資料結構的人都知道，key/value最簡單的資料結果就是雜湊表（當然，還有其他方式，如B-樹，二叉平衡樹等），hash表的效能取決於兩個因素：hash表的大小和解決衝突的方法。這兩個是矛盾的：hash表大，則衝突少，但是用記憶體過大；而hash表小，則記憶體使用量少，但衝突多，效能低。一個好的hash表會權衡這兩個因素，使記憶體使用量量和效能均儘可能低。在Redis中，雜湊表是所有其他資料結構的基礎，對於其他所有資料結構，如：string，set，sortedset，均是儲存到hash表中的value中的，這個可以很容易的通過設定value的類型為void*做到。本文詳細介紹了Redis中hash表的設計思想和實現方法。

3、Redis雜湊表的設計思想

下圖是從淘寶《Redis記憶體儲存結構分析》中摘得的圖片，主要描述Redis中hash表的組織方式。

在Redis中，hash表被稱為字典（dictionary），採用了典型的鏈式解決衝突方法，即：當有多個key/value的key的映射值（每對key/value儲存之前，會先通過類似HASH(key) MOD N的方法計算一個值，以便確定其對應的hash table的位置）相同時，會將這些value以單鏈表的形式儲存；同時為了控制雜湊表所佔記憶體大小，redis採用了雙雜湊表(ht[2])結構，並逐步擴大雜湊表容量（桶的大小）的策略，即：剛開始，雜湊表ht[0]的桶大小為4，雜湊表ht[1]的桶大小為0，待衝突嚴重（redis有一定的判斷條件）後，ht[1]中桶的大小增為ht[0]的兩倍，並逐步(注意這個詞：”逐步”)將雜湊表ht[0]中元素遷移（稱為“再次Hash”）到ht[1]，待ht[0]中所有元素全部遷移到ht[1]後，再將ht[1]交給ht[0]（這裡僅僅是C語言地址交換），之後重複上面的過程。

Redis字典結構如下：
[cpp]  view plain copy typedef struct dict {       dictType *type;        void *privdata;        dictht ht[2]; //雙buffer       int rehashidx;        int iterators;   } dict;      typedef struct dictht {       dictEntry **table; //hash鏈表       unsigned long size;       unsigned long sizemask;       unsigned long used;   } dictht;      //資料節點<K,V>   typedef struct dictEntry {       void *key;       union {           void *val;           uint64_t u64;           int64_t s64;       } v;       struct dictEntry *next;   } dictEntry;   redisObject是真正儲存redis各種類型的結構，其內容如下：
[cpp]  view plain copy typedef struct redisObject {       unsigned type:4; //邏輯類型       unsigned notused:2;     /* Not used */       unsigned encoding:4; //實體儲存體類型       unsigned lru:22;        /* lru time (relative to server.lruclock) */       int refcount;       void *ptr;  //具體資料   } robj;   其中type即redis支援的邏輯類型，包括：
[cpp]  view plain copy #define REDIS_STRING 0   #define REDIS_LIST 1   #define REDIS_SET 2   #define REDIS_ZSET 3   #define REDIS_HASH 4   enconding為實體儲存體方式，一種邏輯類型可以使用不同的儲存方式，包括：