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Redis極大提高存儲(chǔ)效率的樹結(jié)構(gòu)之美
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Redis是一款高性能的鍵值對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于緩存、消息隊(duì)列、排行榜、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)等場(chǎng)景。Redis可以看作是一個(gè)大字典，每個(gè)鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)值，鍵和值都可以是任意類型的數(shù)據(jù)。作為一款內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，Redis的高效性和穩(wěn)定性得到了廣泛認(rèn)可。其中，樹結(jié)構(gòu)是Redis實(shí)現(xiàn)高效存儲(chǔ)效率的核心之一。
Redis支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括字符串、列表、哈希表、集合和有序集合。其中，有序集合的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是跳躍表，是一種基于鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了快速查找、插入、刪除、排序等功能。這里簡(jiǎn)單介紹一下Redis存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
Redis的整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以鍵空間作為頂層根節(jié)點(diǎn)，每個(gè)鍵對(duì)應(yīng)的值可以是字符串、哈希表、列表、集合、有序集合等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)部都使用了不同的樹結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效查找和操作。
例如，Redis的哈希表采用了哈希表+鏈表的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楣１砜梢钥焖俣ㄎ坏酱鎯?chǔ)位置，鏈表則可以支持快速添加和刪除節(jié)點(diǎn)。這種方式既保證了速度，又保證了空間利用率，是Redis實(shí)現(xiàn)高效存儲(chǔ)的重要設(shè)計(jì)。
另外，有序集合的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)跳躍表，是一種基于鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，跳躍表不僅可以實(shí)現(xiàn)有序存儲(chǔ)、查找、插入、刪除等操作，還可以快速實(shí)現(xiàn)范圍查詢、概率性插入等高級(jí)功能，是Redis存儲(chǔ)效率的核心之一。
以下代碼展示了Redis中有序集合的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——跳躍表的實(shí)現(xiàn)：
“`c
typedef struct zskiplistNode {
robj *obj; // 節(jié)點(diǎn)值
double score; // 分值
struct zskiplistNode *backward; // 后退指針
struct zskiplistlevel {
struct zskiplistNode *forward; // 前進(jìn)指針
unsigned int span; // 跨度
}level[];
} zskiplistNode;
typedef struct zskiplist {
struct zskiplistNode *header, *tl; // 頭尾節(jié)點(diǎn)
unsigned long length; // 節(jié)點(diǎn)數(shù)量
int level; // 最大層數(shù)
} zskiplist;
有序集合除了跳躍表的方式，它還支持了多種操作，如：
- 添加數(shù)值
- 刪除數(shù)值
- 查找數(shù)值
- 獲取數(shù)值位置、分值等信息
以下代碼展示了Redis實(shí)現(xiàn)添加數(shù)值的方法：
```c
int zsl-Insert(zskiplist *zsl, double score, robj *obj) {
zskiplistNode *update[ZSKIPLIST_MAXLEVEL], *x;
unsigned int rank[ZSKIPLIST_MAXLEVEL];
int i, level;
serverAssert(!isnan(score));
x = zsl->header;
for (i = zsl->level; i >= 0; i--) {
/* store rank that is crossed to reach the insertion point */
rank[i] = i == zsl->level ? 0 : rank[i+1];
while (x->level[i].forward &&
(x->level[i].forward->score
(x->level[i].forward->score == score &&
compareStringObjects(x->level[i].forward->obj,obj)
rank[i] += x->level[i].span;
x = x->level[i].forward;
}
update[i] = x;
}
/* we assume the key is not already inside, since we allow duplicated
* scores, and the re-insertion of score and redis object should never
* happen since the caller of zslInsert() should test in the hash table
* if the element is already inside or not. */
level = zslRandomLevel();
if (level > zsl->level) {
for (i = zsl->level+1; i
rank[i] = 0;
update[i] = zsl->header;
update[i]->level[i].span = zsl->length;
}
zsl->level = level;
}
x = zslCreateNode(level,score,obj);
for (i = 0; i
x->level[i].forward = update[i]->level[i].forward;
update[i]->level[i].forward = x;
x->level[i].span = update[i]->level[i].span - (rank[0] - rank[i]);
update[i]->level[i].span = (rank[0] - rank[i]) + 1;
}
for (i = level+1; i level; i++) {
update[i]->level[i].span++;
}
x->backward = (update[0] == zsl->header) ? NULL : update[0];
if (x->level[0].forward)
x->level[0].forward->backward = x;
else
zsl->tl = x;
zsl->length++;
return 1;
}
綜上，Redis的樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)高效存儲(chǔ)的同時(shí)，還保證了穩(wěn)定性和安全性。對(duì)于開發(fā)者來(lái)說(shuō)，了解Redis樹結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式和內(nèi)部原理，有助于更好地理解Redis的架構(gòu)和設(shè)計(jì)，從而更好地應(yīng)用Redis。
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創(chuàng)新互聯(lián)（www.cdcxhl.com）互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商,擁有超過(guò)10年的服務(wù)器租用、服務(wù)器托管、云服務(wù)器、虛擬主機(jī)、網(wǎng)站系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。專業(yè)提供云主機(jī)、虛擬主機(jī)、域名注冊(cè)、VPS主機(jī)、云服務(wù)器、香港云服務(wù)器、免備案服務(wù)器等。
當(dāng)前標(biāo)題：Redis極大提高存儲(chǔ)效率的樹結(jié)構(gòu)之美（redis樹結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)）
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