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上篇文章写了 Redis 基础数据结构的可变字符串、链表、字典。大家可以点击 链接 查看。今天我们继续研究 Redis 的基础数据结构。

• 整数集合
• 跳跃表
• 压缩列表

整数集合

当一个集合只包含整数，且这个集合的元素不多的时候，Redis 就会使用整数集合 intset 。首先看 intset 的数据结构：

typedef struct intset {
    
    // 编码方式
    uint32_t encoding;

    // 集合包含的元素数量
    uint32_t length;

    // 保存元素的数组
    int8_t contents[];
} intset;

其实 intset 的数据结构比较好理解。一个数据保存元素，length 保存元素的数量，也就是contents的大小，encoding 用于保存数据的编码方式。

通过代码我们可以知道，encoding 的编码类型包括了：

#define INTSET_ENC_INT16 (sizeof(int16_t))
#define INTSET_ENC_INT32 (sizeof(int32_t))
#define INTSET_ENC_INT64 (sizeof(int64_t))

实际上我们可以看出来。 Redis encoding的类型，就是指数据的大小。作为一个内存数据库，采用这种设计就是为了节约内存。对于一个数据我们可以画一个图来帮助理解：

既然有从小到大的三个数据结构，在插入数据的时候尽可能使用小的数据结构来节约内存，如果插入的数据大于原有的数据结构，就会触发扩容。

扩容有三个步骤：

1. 根据新元素的类型，修改整个数组的数据类型，并重新分配空间
2. 将原有的的数据，装换为新的数据类型，重新放到应该在的位置上，且保存顺序性
3. 再插入新元素

整数集合不支持降级操作，一旦升级就不能降级了。

跳跃表

跳跃表是链表的一种，是一种利用空间换时间的数据结构。跳表平均支持 O(logN)，最坏O(N)复杂度的查找。

跳表是由一个zskiplist 和 多个 zskiplistNode 组成。我们先看看他们的结构：

/* 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
 */
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;

所以根据这个代码我们可以画出如下的结构图：

其实跳表就是一个利用空间换时间的数据结构，利用 level 作为链表的索引。

之前有人问过 Redis 的作者 为什么使用跳跃表，而不是 tree 来构建索引？作者的回答是：

1. 省内存。
2. 服务于 ZRANGE 或者 ZREVRANGE 是一个典型的链表场景。时间复杂度的表现和平衡树差不多。
3. 最重要的一点是跳跃表的实现很简单就能达到 O(logN)的级别。

压缩列表

压缩链表 Redis 作者的介绍是，为了尽可能节约内存设计出来的双向链表。

对于一个压缩列表代码里注释给出的数据结构如下：

zlbytes 表示的是整个压缩列表使用的内存字节数

zltail 指定了压缩列表的尾节点的偏移量

zllen 是压缩列表 entry 的数量

entry 就是 ziplist 的节点

zlend 标记压缩列表的末端