标签:oschina rev int 条件 bsp mic leave 节点 dex
在版本3.2之前,Redis 列表list使用两种数据结构作为底层实现:
Redis实现的是标准的双向链表。
链表节点定义:
链表定义:
总结链表实现:
1.每个节点有前后节点指针,且第一个节点的指针为NULL,最后一个节点的指针为NULL(无环)。
2.对双链表进行封装,链表第一个节点和最后一个节点指针,以及链表长度。
优点:
在链表两端进行push和pop操作都是O(1)。
获取链表的长度操作O(1)。
多态,可以存储c语言支持的任何数据类型,通过void *万能指针。
缺点:
内存开销比较大。每个节点上除了要保存数据之外,还要额外保存两个指针
各个节点是单独的内存块,地址不连续,节点多了容易产生内存碎片。
创建新列表时 redis 默认使用 redis_encoding_ziplist 编码, 当以下任意一个条件被满足时, 列表会被转换成 redis_encoding_linkedlist 编码:
注意:这两个条件是可以修改的,在 redis.conf 中
list-max-ziplist-value 64 list-max-ziplist-entries 512
压缩列表 ziplist 是为 Redis 节约内存而开发的。
ziplist 是由一系列特殊编码的内存块构成的列表(像内存连续的数组,但每个元素长度不同), 一个 ziplist 可以包含多个节点(entry)。
ziplist 将表中每一项存放在前后连续的地址空间内,每一项因占用的空间不同,而采用变长编码。
当元素个数较少时,Redis 用 ziplist 来存储数据,当元素个数超过某个值时,链表键中会把 ziplist 转化为 linkedlist,字典键中会把 ziplist 转化为 hashtable。
由于内存是连续分配的,所以遍历速度很快。
在3.2之后,ziplist被quicklist替代。但是仍然是zset底层实现之一。
ziplist使用连续的内存块,每一个节点(entry)都是连续存储的;ziplist 存储分布如下:
area |<---- ziplist header ---->|<----------- entries ------------->|<-end->|
size 4 bytes 4 bytes 2 bytes ? ? ? ? 1 byte
+---------+--------+-------+--------+--------+--------+--------+-------+
component | zlbytes | zltail | zllen | entry1 | entry2 | ... | entryN | zlend |
+---------+--------+-------+--------+--------+--------+--------+-------+
^ ^ ^
address | | |
ZIPLIST_ENTRY_HEAD | ZIPLIST_ENTRY_END
|
ZIPLIST_ENTRY_TAIL
常态的压缩列表内存布局如上图所示,整个内存块区域内分为五个部分,下面分别介绍着五个部分:
上面介绍了压缩列表的总体内存布局,对于初entries区域以外的四个区域的长度都是固定的,下面再看看此区域中每个节点的布局情况。
每个列表节点由三部分组成:
为了节省内存,根据上一个节点的长度prevlength 可以将entry节点分为两类:
根据当前节点存储的数据类型及长度,可以将ziplist节点分为9类:
其中整数节点分为6类:
#define ZIP_INT_16B (0xc0 | 0<<4)//整数data,占16位(2字节) #define ZIP_INT_32B (0xc0 | 1<<4)//整数data,占32位(4字节) #define ZIP_INT_64B (0xc0 | 2<<4)//整数data,占64位(8字节) #define ZIP_INT_24B (0xc0 | 3<<4)//整数data,占24位(3字节) #define ZIP_INT_8B 0xfe //整数data,占8位(1字节) /* 4 bit integer immediate encoding */ //整数值1~13的节点没有data,encoding的低四位用来表示data #define ZIP_INT_IMM_MASK 0x0f #define ZIP_INT_IMM_MIN 0xf1 /* 11110001 */ #define ZIP_INT_IMM_MAX 0xfd /* 11111101 */
值得注意的是 最后一种encoding是存储整数0~12的节点的encoding,它没有额外的data部分,encoding的高4位表示这个类型,低4位就是它的data。这种类型的节点的encoding大小介于ZIP_INT_24B与ZIP_INT_8B之间(1~13),但是为了表示整数0,取出低四位xxxx之后会将其-1作为实际的data值(0~12)。在函数zipLoadInteger中,我们可以看到这种类型节点的取值方法:
字符串节点分为3类:
上图可以看出:不同于整数节点encoding永远是8位,字符串节点的encoding可以有8位、16位、40位三种长度
相同encoding类型的整数节点 data长度是固定的,但是相同encoding类型的字符串节点,data长度取决于encoding后半部分的值。
#define ZIP_STR_06B (0 << 6)//字符串data,最多有2^6字节(encoding后半部分的length有6位,length决定data有多少字节) #define ZIP_STR_14B (1 << 6)//字符串data,最多有2^14字节 #define ZIP_STR_32B (2 << 6)//字符串data,最多有2^32字节
entry布局 可以看出,若要算出data的偏移量,得先计算出prevlength所占内存大小(1字节和5字节):
//根据ptr指向的entry,返回这个entry的prevlensize #define ZIP_DECODE_PREVLENSIZE(ptr, prevlensize) do { if ((ptr)[0] < ZIP_BIGLEN) { (prevlensize) = 1; } else { (prevlensize) = 5; } } while(0);
接着再用ZIP_DECODE_LENGTH(ptr + prevlensize, encoding, lensize, len)算出encoding所占的字节,返回给lensize;data所占的字节返回给len
//根据ptr指向的entry求出该entry的len(encoding里存的 data所占字节)和lensize(encoding所占的字节) #define ZIP_DECODE_LENGTH(ptr, encoding, lensize, len) do { \ ZIP_ENTRY_ENCODING((ptr), (encoding)); if ((encoding) < ZIP_STR_MASK) { if ((encoding) == ZIP_STR_06B) { (lensize) = 1; (len) = (ptr)[0] & 0x3f; } else if ((encoding) == ZIP_STR_14B) { (lensize) = 2; (len) = (((ptr)[0] & 0x3f) << 8) | (ptr)[1]; } else if (encoding == ZIP_STR_32B) { (lensize) = 5; (len) = ((ptr)[1] << 24) | ((ptr)[2] << 16) | ((ptr)[3] << 8) | ((ptr)[4]); } else { assert(NULL); } } else { (lensize) = 1; (len) = zipIntSize(encoding); } } while(0); //将ptr的encoding解析成1个字节:00000000、01000000、10000000(字符串类型)和11??????(整数类型) //如果是整数类型,encoding直接照抄ptr的;如果是字符串类型,encoding被截断成一个字节并清零后6位 #define ZIP_ENTRY_ENCODING(ptr, encoding) do { \ (encoding) = (ptr[0]); if ((encoding) < ZIP_STR_MASK) (encoding) &= ZIP_STR_MASK; } while(0) //根据encoding返回数据(整数)所占字节数 unsigned int zipIntSize(unsigned char encoding) { switch(encoding) { case ZIP_INT_8B: return 1; case ZIP_INT_16B: return 2; case ZIP_INT_24B: return 3; case ZIP_INT_32B: return 4; case ZIP_INT_64B: return 8; default: return 0; /* 4 bit immediate */ } assert(NULL); return 0; }
完成以上步骤之后,即可算出data的位置:ptr+prevlensize+lensize,以及data的长度len
每个节点的previous_entry_length属性都记录了前一个节点的长度
如果前一个节点的长度小于254,那么previous_entry_length属性需要用1字节长的空间来保存这个长度值
如果前一个节点的长度大于等于254,那么previous_entry_length属性需要5字节长的空间来保存这个长度值
考虑这样一种情况:在一个压缩列表中,有多个连续的、长度介于250字节到253字节之间的节点e1至eN
|zlbytes|zltail|zllen|e1|e2|e3|...|eN|zlend|
因为e1至eN的所有节点的长度都小于254字节,所以记录这些节点的长度只需要1字节长的previous_entry_length属性,换句话说,e1至eN的所有节点的previous_entry_length属性都是1字节长的。
如果我们将一个长度大于等于254字节的新节点new设置到压缩列表的表头节点,那么new将成为e1的潜质节点。
此时e1到eN的每个节点的previous_entry_length属性都要扩展为5字节以符合压缩列表对节点的要求,程序需要不断的对压缩列表进行空间重分配操作。
Redis将这种在特殊情况下产生的多次空间扩展操作称之为“连锁更新”。
除了添加新节点可能会引发连锁更新之外,删除节点也可能会连锁更新。
因为连锁更新在最坏情况下需要对压缩列表执行N次空间重分配操作,而每次空间重分配的最坏复杂度为O(N),所以连锁更新的最坏复杂度为O(N2)。
注意的是,尽管连锁更新的复杂度较高,但它真正赵成性能问题的几率是很低的:
首先,压缩列表里要恰好有多个连续的、长度介于250字节至253字节之间的节点,连锁更新才有可能被引发,在实际中,这种情况并不多见;
其次,即使出现连锁更新,但只要更新的节点数量不多,就不会对性能造成任何影响:比如说,对三五个节点进行连锁更新是绝对不会影响性能的;
Redis中压缩列表的应用
Redis中,不同的数据类型广泛地应用了压缩列表编码,整理如下表:
ziplist总结
可以认为quickList,是ziplist和linkedlist二者的结合;quickList将二者的优点结合起来。
官方给出的定义:
A generic doubly linked quicklist implementation
A doubly linked list of ziplists
quickList是一个ziplist组成的双向链表。每个节点使用ziplist来保存数据。
本质上来说,quicklist里面保存着一个一个小的ziplist。结构如下:
quickList就是一个标准的双向链表的配置,有head 有tail;
每一个节点是一个quicklistNode,包含prev和next指针。
每一个quicklistNode 包含 一个ziplist,*zp 压缩链表里存储键值。
所以quicklist是对ziplist进行一次封装,使用小块的ziplist来既保证了少使用内存,也保证了性能。
refer:
《Redis设计与实现》
标签:oschina rev int 条件 bsp mic leave 节点 dex
原文地址:https://www.cnblogs.com/-wenli/p/13052937.html