Redis 缩列表

世界以痛吻我,我仍报之以歌。

简介

压缩列表是 Redis 为了节约内存而开发的,是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序型(sequential)数据结构。一个压缩列表可以包含任意多个节点(entry),每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。

压缩列表节点的构成

每个压缩列表节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。

字节数组可以是以下三种长度的其中一种:

  • 长度小于等于63字节的字节数组
  • 长度小于等于16383字节的字节数组
  • 长度小于等于4294967295字节的字节数组

整数值可以是以下六种长度的其中一种:

  • 4位长,介于0至12之间的无符号整数
  • 1字节长的有符号整数
  • 3字节长的有符号整数
  • int16_t类型整数
  • int32_t类型整数
  • int64_t类型整数

每个压缩列表节点都由 previous_entry_length、encoding、content 三个部分组成。

previous_entry_length

节点的 previous_entry_length 属性以字节为单位,记录了压缩列表中前一个节点的长度。previous_entry_length 属性的长度可以是1字节或者5字节:

  • 如果前一节点的长度小于254字节,那么 previous_entry_length 属性的长度为1字节:前一节点的长度就保存在这一个字节里面
  • 如果前一节点的长度大于等于254字节,那么 previous_entry_length 属性的长度为5字节:其中属性的第一字节会被设置为 0xFE(十进制值254),而之后的四个字节则用于保存前一节点的长度

encoding

节点的 encoding 属性记录了节点的 content 属性所保存数据的类型以及长度:

  • 一字节、两字节或者五字节长,值的最高位为00、01或者10的是字节数组编码:这种编码表示节点的 content 属性保存着字节数组,数组的长度由编码除去最高两位之后的其他位记录
  • 一字节长,值的最高位以11开头的是整数编码:这种编码表示节点的 content 属性保存着整数值,整数值的类型和长度由编码除去最高两位之后的其他位记录

content

节点的 content 属性负责保存节点的值,节点值可以是一个字节数组或者整数,值的类型和长度由节点的 encoding 属性决定。

连锁更新

每个节点的 previous_entry_length 属性都记录了前一个节点的长度:

  • 如果前一节点的长度小于254字节,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
  • 如果前一节点的长度大于等于254字节,那么 previous_entry_length 属性需要用5字节长的空间来保存这个长度值

假设:

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。

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。

操作

将一个长度大于等于254字节的新节点 new 设置为压缩列表的表头节点,那么 new 将成为 e1 的前置节点。

结果

因为 e1 的 previous_entry_length 属性仅长1字节,它没办法保存新节点 new 的长度,所以程序将对压缩列表执行空间重分配操作,并将 e1 节点的 previous_entry_length 属性从原来的1字节长扩展为5字节长。

e1 原本的长度介于250字节至253字节之间,在为 previous_entry_length 属性新增四个字节的空间之后,e1 的长度就变成了介于254字节至257字节之间,而这种长度使用1字节长的 previous_entry_length 属性是没办法保存的。

为了让 e2 的 previous_entry_length 属性可以记录下e1的长度,程序需要再次对压缩列表执行空间重分配操作,并将 e2 节点的 previous_entry_length 属性从原来的1字节长扩展为5字节长。

扩展 e2 也会引发对 e3 的扩展,而扩展 e3 又会引发对 e4 的扩展……为了让每个节点的 previous_entry_length 属性都符合压缩列表对节点的要求,程序需要不断地对压缩列表执行空间重分配操作,直到 eN 为止。

Redis 将这种在特殊情况下产生的连续多次空间扩展操作称之为“连锁更新”(cascade update)。