Redis快速表、壓縮表和雙向鏈表(重點介紹quicklist)

前言

最近在看《Redis的設(shè)計與實現(xiàn)》這本書，寫的真的是太好了，一下子就看入迷了，謝謝作者。不過在學(xué)習(xí)的時候發(fā)現(xiàn)一個問題，我服務(wù)器上安裝的是Redis5.0.9版本的，而作者介紹的是Redis3.0版本的，在第一部分將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與對象章節(jié)的時候，出現(xiàn)了一些差別，就是在redis對外暴露的list結(jié)構(gòu)底層使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。由于書上沒有記錄，所以就在網(wǎng)上查閱了些資料學(xué)習(xí)了一下， 自己再做個總結(jié)，當做自己的筆記。

差別

出現(xiàn)的差別就是，在redis3.2版本之前，它使用的是ziplist和linkedlist編碼作為列表鍵的底層實現(xiàn)，在它之后，就采用了一個叫做quicklist的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來作其底層實現(xiàn)。
先來介紹下redis3.2之前的版本的知識點：
在使用ziplist和linkedlist作為列表鍵底層實現(xiàn)的時候，他們之間會有一個選擇標準：
選擇ziplist的時候：

• 列表對象保存的所有字符串元素的長度都小于64字節(jié)；
• 列表對象保存的元素量小于512個

上面的是選擇ziplist作為底層實現(xiàn)所必須滿足的條件，如果沒滿足的話就選用linkedlist作為其底層實現(xiàn)。

127.0.0.1:6379> rpush blah "hello" "world" "again"
3
127.0.0.1:6379> object encoding blah
ziplist
127.0.0.1:6379> rpush blah "wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww"
4
127.0.0.1:6379> object encoding blah
linkedlist

再來介紹下redis3.2之后的版本：

這個涉及到quicklist這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)了，書上沒有記錄，所以我查了下資料，也總結(jié)到自己的博客當中。

我安裝的時候redis5.0.9版本的，所以上面的幾個指令執(zhí)行的結(jié)果會有所不同

127.0.0.1:6379> rpush blah "hello" "world" "again"
3
127.0.0.1:6379> object encoding blah
quicklist
127.0.0.1:6379> rpush blah "wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww"
4
127.0.0.1:6379> object encoding blah
quicklist

quicklist數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的介紹

ziplist和linkedlist就不介紹了，書本上有，我們來看看quicklist。
quicklist其實現(xiàn)也是依賴于ziplist和linkedlist來實現(xiàn)的，它是兩個結(jié)構(gòu)的結(jié)合。它將ziplist來進行分段存儲，也就是分成一個個的quicklistNode節(jié)點來進行存儲。每個quicklistNode指向一個ziplist，然后quicklistNode之間是通過雙向指針來進行連接的。我們來看下大致的結(jié)構(gòu)：

看到這個結(jié)構(gòu)可能會有些疑問：

• 這個結(jié)構(gòu)啥意思啊，為什么有的節(jié)點是ziplist，有的是quicklistZF？
• 為什么quicklist頭部和尾部各有兩個節(jié)點是ziplist，剩下中間的是quicklistZF？
• 為什么每個quicklistNode節(jié)點的ziplist內(nèi)部的數(shù)據(jù)個數(shù)不一致呢？

為什么要把底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化成quicklist？

在解決上面的問題之前我們先來解決一個首要的問題，也就是redis為什么要把列表鍵的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化成quicklist？
其實可以從兩個方面來考慮這個原因：

• ziplist這個結(jié)構(gòu)，它內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲是一段連續(xù)的空間，這樣的話，就要求很大一塊內(nèi)存空間。就比如說，我們想存儲很多的數(shù)據(jù)，但是內(nèi)存中并沒有符合要求的連續(xù)的存儲空間，而是存在很多不連續(xù)的小空間（加起來可以符合要求）。
• 再來說說linkedlist這個結(jié)構(gòu)，它數(shù)據(jù)存儲不要求連續(xù)，就可以避免上面的弊端，不過這樣以來，每個節(jié)點都分配一個一塊內(nèi)存，那就有可能造成大量的內(nèi)存碎片。

綜上兩個考慮，redis在3.2版本以后就對此情況進行了優(yōu)化，就出來了quicklist這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，quicklist其實就是一個分段的ziplist，為什么這么說呢？其實quicklist存儲數(shù)據(jù)基本單位是quicklistNode，每個quicklistNode的內(nèi)容區(qū)就是以ziplist數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲的。也就是上面圖示展示的。

為什么每個quicklistNode節(jié)點的ziplist內(nèi)部的數(shù)據(jù)個數(shù)不一致呢？

現(xiàn)在轉(zhuǎn)化到quicklist了，但是還需要考慮，quicklistNode里的ziplist里的內(nèi)容處理呢？一個ziplist我需要存儲多少個數(shù)據(jù)呀？也跟上面兩個點考慮的一樣

• 如果ziplist里的內(nèi)容分配的越少的話，也就是往linkedlist方向發(fā)展了，就可能會產(chǎn)生很多的內(nèi)存碎片
• 但要如果ziplist里的內(nèi)容分配的越多的話，也會出現(xiàn)問題，就是需要很大一塊連續(xù)的內(nèi)存空間。

redis設(shè)計者已經(jīng)給我們想好了，它的配置文件里有這樣一個參數(shù)：list-max-ziplist-size

看到這個配置，我們來解釋下這個參數(shù)，它既可以設(shè)置正數(shù)，也可以設(shè)置負數(shù)

當它取正數(shù)的時候，表示按照數(shù)據(jù)項個數(shù)來限定quicklist節(jié)點上的ziplist長度，比如我們設(shè)置為4，就說明每個ziplist的數(shù)據(jù)項最多不能超過5個

當它取負數(shù)的時候，表示按照占用字節(jié)來限定quicklsit節(jié)點上的ziplist長度，這時，它只能取-1到-5這五個值，每個值的含義如下：
1)、-5：每個quicklist節(jié)點上的ziplist大小不能超過64kb。（1kb == 1024 byte）
2)、-4：每個quicklsit節(jié)點上的ziplist大小不能超過32kb。
3)、-3：每個quicklsit節(jié)點上的ziplist大小不能超過16kb。
4)、-2：每個quicklsit節(jié)點上的ziplist大小不能超過8kb。
5)、-1：每個quicklsit節(jié)點上的ziplist大小不能超過4kb。

所以就會出現(xiàn)問題所說的，ziplist內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)個數(shù)不一致的問題，我們也可以自己手動設(shè)置參數(shù)值。

這個結(jié)構(gòu)啥意思啊，為什么有的節(jié)點是ziplist，有的是quicklistZF？

這里又出現(xiàn)了一個配置參數(shù)：list-compress-depth
其實，當鏈表很長的時候，最頻繁訪問的就是兩端的數(shù)據(jù)，中間被訪問的頻率比較低，所以我們可以將中間部分節(jié)點進行壓縮，從而能夠進一步節(jié)省空間。上面說的list-compress-depth就是來設(shè)置這個的。
這個參數(shù)的取值含義如下：

0：是個特殊值，表示都不壓縮。這是redis的默認值

1：表示quicklist兩端各有一個節(jié)點不被壓縮，中間節(jié)點進行壓縮

2：表示quicklist兩端各有兩個節(jié)點不被壓縮，中間節(jié)點進行壓縮

3：表示quicklist兩端各有三個節(jié)點不被壓縮，中間節(jié)點進行壓縮…

以此類推

也就是會出現(xiàn)問題所說的，兩端節(jié)點為ziplist，中間節(jié)點為quicklistZF

我們看看上面的redis配置文件的默認配置。

簡單了解源碼結(jié)構(gòu)

我通過上面這個圖來簡單說一下quicklist的存儲方式，它底層有兩個結(jié)構(gòu)，一個quicklist，一個就是quicklistNode。下面是我找的源碼，可以簡單看下。

typedef struct quicklistNode {
  struct quicklistNode *prev;
  struct quicklistNode *next;
  unsigned char *zl;
  unsigned int sz;       /* ziplist size in bytes */
  unsigned int count : 16;   /* count of items in ziplist */
  unsigned int encoding : 2;  /* RAW==1 or LZF==2 */
  unsigned int container : 2; /* NONE==1 or ZIPLIST==2 */
  unsigned int recompress : 1; /* was this node previous compressed? */
  unsigned int attempted_compress : 1; /* node can't compress; too small */
  unsigned int extra : 10; /* more bits to steal for future usage */
} quicklistNode;

typedef struct quicklistLZF {
  unsigned int sz; /* LZF size in bytes*/
  char compressed[];
} quicklistLZF;

typedef struct quicklist {
  quicklistNode *head;
  quicklistNode *tail;
  unsigned long count; /* total count of all entries in all ziplists */
  unsigned int len; /* number of quicklistNodes */
  int fill : 16; /* fill factor for individual nodes */
  unsigned int compress : 16; /* depth of end nodes not to compress;0=off */
} quicklist;

quicklist的主要作用就是來指向節(jié)點的頭和尾

總結(jié)

總的來說quicklist就是對ziplist和linkedlist兩者優(yōu)點的結(jié)合，來進一步優(yōu)化redis的列表鍵底層存儲。

到此這篇關(guān)于Redis快速表、壓縮表和雙向鏈表(重點介紹quicklist)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis快速表、壓縮表和雙向鏈表內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！