数据结构与对象

第 1 步：阅读数据结构实现

刚开始阅读 Redis 源码的时候， 最好从数据结构的相关文件开始读起， 因为这些文件和 Redis 中的其他部分耦合最少， 并且这些文件所实现的数据结构在大部分算法书上都可以了解到， 所以从这些文件开始读是最轻松的、难度也是最低的。

下表列出了 Redis 源码中， 各个数据结构的实现文件：

文件 内容

sds.h 和 sds.c Redis 的动态字符串实现。

adlist.h 和 adlist.c Redis 的双端链表实现。

dict.h 和 dict.c Redis 的字典实现。

redis.h 中的 zskiplist 结构和 zskiplistNode 结构， 以及 t_zset.c 中所有以 zsl 开头的函数， 比如 zslCreate 、 zslInsert 、 zslDeleteNode ，等等。 Redis 的跳跃表实现。

hyperloglog.c 中的 hllhdr 结构， 以及所有以 hll 开头的函数。 Redis 的 HyperLogLog 实现。

1、动态字符串

sds.h 和 sds.c Redis 的动态字符串实现。

/*
* 保存字符串对象的结构
*/
struct sdshdr {

// buf 中已占用空间的长度
int len;

// buf 中剩余可用空间的长度
int free;

// 数据空间
char buf[];
};

动态字符串与C字符串的区别：

①常数复杂度获取字符串长度。

strlen() sdshdr.len

②杜绝缓冲区溢出。

strcat(),sdshdr.free当需要对sds修改时，会先检查空间是否满足修改所需的要求，如果不满足，会先扩展空间，然后才执行修改。

③减少修改字符串时带来的内存重分配次数。

通过未使用空间，sds实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化策略。

④二进制安全。

sds.buf称为“字节数组”的原因：redis不是用这个数组来保存字符，而是用它来保存一系列二进制数据。



⑤兼容部分C字符串函数。

2、链表

adlist.h 和 adlist.c Redis 的双端链表实现。

链表节点

/*
* 双端链表节点
*/
typedef struct listNode {

// 前置节点
struct listNode *prev;

// 后置节点
struct listNode *next;

// 节点的值
void *value;  //可见，链表中保存的是指向数据的指针.void*可用来保存不同类型的值。

} listNode;

链表结构

/*
* 双端链表结构
*/
typedef struct list {

// 表头节点
listNode *head;

// 表尾节点
listNode *tail;

// 节点值复制函数
void *(*dup)(void *ptr);

// 节点值释放函数
void (*free)(void *ptr);

// 节点值对比函数
int (*match)(void *ptr, void *key);

// 链表所包含的节点数量
unsigned long len;

} list;

特性总结

3、字典

dict.h 和 dict.c Redis 的字典实现。

redis的字典使用哈希表作为底层实现，一个哈希表里面可以有多个哈希表节点，而每个哈希表节点就保存了字典的一个键值对。（注：STL中std::map的底层实现是红黑树）

哈希表节点

/*
* 哈希表节点
*/
typedef struct dictEntry {

// 键
void *key;

// 值
union {
void *val;
uint64_t u64;
int64_t s64;
} v;

// 指向下个哈希表节点，形成链表，将多个哈希值相同的键值对连接在一起，以此解决键冲突的问题。
struct dictEntry *next;

} dictEntry;

哈希表

/*
* 哈希表
*
* 每个字典都使用两个哈希表，从而实现渐进式 rehash 。
*/
typedef struct dictht {

// 哈希表数组
dictEntry **table;

// 哈希表大小
unsigned long size;

// 哈希表大小掩码，用于计算索引值
// 总是等于 size - 1
unsigned long sizemask;

// 该哈希表已有节点的数量
unsigned long used;

} dictht;

字典：

/*
* 字典
*/
typedef struct dict {

// 类型特定函数
dictType *type;

// 私有数据
void *privdata;

// 哈希表
dictht ht[2];

// rehash 索引
// 当 rehash 不在进行时，值为 -1
int rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */

// 目前正在运行的安全迭代器的数量
int iterators; /* number of iterators currently running */

} dict;

冲突：两个或以上数量的键值散列到哈希表数组的同一个索引上面。
redis的哈希表使用“分离链接法”解决冲突。每个哈希表节点都有一个next指针，多个哈希表节点可以用next指针构成一个单向链表，被分配到同一个索引的多个节点可以用这个单向链表链接起来，解决键值冲突问题。

使用链地址法解决冲突的哈希表：

rehash: 为了让哈希表的负载因子维持在一个合理的范围之内，当哈希表保存的键值对数量太多或太少时，程序需要对哈希表的大小进行扩展或者收缩。扩展或收缩哈希表的工作通过rehash（再散列）操作完成。
每个字典带有两个哈希表，一个平时使用，另一个仅在进行rehash时使用。

4、跳跃表

Redis 的跳跃表实现： redis.h 中：的 zskiplist 结构和 zskiplistNode 结构， 以及 t_zset.c 中所有以 zsl 开头的函数， 比如 zslCreate 、 zslInsert 、 zslDeleteNode ，等等。



跳跃表节点，定义在redis.h中

/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
/*
* 跳跃表节点
*/
typedef struct zskiplistNode {

// 成员对象
robj *obj;

// 分值
double score;

// 后退指针
struct zskiplistNode *backward;

// 层
struct zskiplistLevel {

// 前进指针
struct zskiplistNode *forward;

// 跨度
unsigned int span;

} level[];

} zskiplistNode;

跳跃表

/*
* 跳跃表
*/
typedef struct zskiplist {

// 表头节点和表尾节点
struct zskiplistNode *header, *tail;

// 表中节点的数量
unsigned long length;

// 表中层数最大的节点的层数
int level;

} zskiplist;

跳跃表示意图



跳跃表的实现：http://origin.redisbook.com/internal-datastruct/skiplist.html#id3