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redis源码分析教程之压缩链表ziplist详解-创新互联

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压缩列表(ziplist)是由一系列特殊编码的内存块构成的列表,它对于Redis的数据存储优化有着非常重要的作用。这篇文章总结一下redis中使用非常多的一个数据结构压缩链表ziplist。该数据结构在redis中说是无处不在也毫不过分,除了链表以外,很多其他数据结构也是用它进行过渡的,比如前面文章提到的SortedSet。下面话不多说了,来一起看看详细的介绍吧。

一、压缩链表ziplist数据结构简介

首先从整体上看下ziplist的结构,如下图:

redis源码分析教程之压缩链表ziplist详解

压缩链表ziplist结构图

可以看出字段很多,字节大小也不同,但这也就是压缩链表的精髓所在了,我们依次总结一下。

 

字段 含义
zlbytes 该字段是压缩链表的第一个字段,是无符号整型,占用4个字节。用于表示整个压缩链表占用的字节数(包括它自己)。
zltail 无符号整型,占用4个字节。用于存储从压缩链表头部到最后一个entry(不是尾元素zlend)的偏移量,在快速跳转到链表尾部的场景使用。
zllen 无符号整型,占用2个字节。用于存储压缩链表中包含的entry总数。
zlend 特殊的entry,用来表示压缩链表的末尾。占用一个字节,值恒为255。

总结为ziplist的头跟尾,下面再总结一下重中之重的entry字段。

一般来说,一个entry由prevlen,encoding,entry-data三个字段组成,但当entry是个很小的整数时,会根据编码省略掉entry-data字段。下面依次进行总结:

首先是字段prevlen:表示前一个entry的长度,有两种编码方式。

  • 当长度小于255字节时,用一个字节存储。
  • 当长度大于等于255时,用五个字节进行存储,其中第一个字节会被设置为255表示前一个entry的长度由后面四个字节表示。

然后是字段encoding:它会根据当前元素内容的不同会采用不同的编码方式,如下:

1、如果元素内容为字符串,encoding的值分别为:

00xx xxxx :00开头表示该字符串的长度用6个bit表示。

01xx xxxx | xxxx xxxx :01开头表示字符串的长度由14bit表示,这14个bit采用大端存储。

1000 0000 | xxxx xxxx | xxxx xxxx | xxxx xxxx | xxxx xxxx :10开头表示后续的四个字节为字符串长度,这32个bit采用大端存储。

2、如果元素内容为数字,encoding的值分别为:

1100 0000:表示数字占用后面2个字节。

1101 0000:表示数字占用后面4个字节。

1110 0000:表示数字占用后面8个字节。

1111 0000 :表示数字占用后面3个字节。

1111 1110 :表示数字占用后面1个字节。

1111 1111 :表示压缩链表中最后一个元素(特殊编码)。

1111 xxxx :表示只用后4位表示0~12的整数,由于0000,1110跟1111三种已经被占用,也就是说这里的xxxx四位只能表示0001~1101,转换成十进制就是数字1~13,但是redis规定它用来表示0~12,因此当遇到这个编码时,我们需要取出后四位然后减1来得到正确的值。

最后是字段entry-data:如果元素的值为字符串,则保存元素本身的值。如果元素的值为很小的数字(按上面编码规则即0~12),则没有该字段。

压缩链表的编码非常复杂,但这也正是该数据结构的精髓所在,一起来看一个例子吧:

注:这个例子是redis源码中提到的

//由元素2,5组成的压缩链表
[0f 00 00 00] [0c 00 00 00] [02 00] [00 f3] [02 f6] [ff]
 |  |  | | | |
 zlbytes zltail entries "2" "5" end
//字符串"Hello World"编码后的内容
[02] [0b] [48 65 6c 6c 6f 20 57 6f 72 6c 64]

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