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儲紅色的秘密：Redis表數(shù)據(jù)存儲方式
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Redis是一個開源的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于高性能緩存、會話管理、消息隊列等領(lǐng)域。Redis與傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不同，其采用了鍵值對的存儲方式，適用于存儲簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如字符串、哈希表、列表等。在這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，Redis使用了不同的存儲方式，本文將探討其中之一：Redis表數(shù)據(jù)存儲方式。
Redis表數(shù)據(jù)存儲方式的基礎(chǔ)：跳躍表
Redis使用跳躍表（Skip List）來實(shí)現(xiàn)有序集合和有序集合的操作。跳躍表是一種隨機(jī)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其核心思想是通過分層來加速節(jié)點(diǎn)的查找。跳躍表由若干個層次構(gòu)成，每個節(jié)點(diǎn)都擁有多個指針，這些指針指向同一列上的前一個節(jié)點(diǎn)和同一層次下面的節(jié)點(diǎn)。跳躍表在插入和刪除節(jié)點(diǎn)時會動態(tài)地調(diào)整指針，以保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的正確性。
跳躍表的實(shí)現(xiàn)
在Redis中，跳躍表的實(shí)現(xiàn)分為兩個層次：跳躍表節(jié)點(diǎn)和跳躍表。
跳躍表節(jié)點(diǎn)
Redis中的跳躍表節(jié)點(diǎn)由以下結(jié)構(gòu)組成：
“`c
typedef struct zskiplistNode {
// 層次信息
struct zskiplistLevel {
// 指向下一個節(jié)點(diǎn)
struct zskiplistNode *forward;
// 跳躍步長
unsigned int span;
} level[];
// 值信息
double score;
char *ele;
} zskiplistNode;
在跳躍表節(jié)點(diǎn)中，每個節(jié)點(diǎn)有多個等級（Level），每個等級包含兩個信息：
- Forward：指向同一列的下一個節(jié)點(diǎn)。
- Span：距離前一個節(jié)點(diǎn)的步長。
每個節(jié)點(diǎn)還包含一個值（Value），值的類型可以是字符串（String）、哈希表（Hash Table）等等。
跳躍表
Redis中的跳躍表由以下結(jié)構(gòu)組成：
```c
typedef struct zskiplist {
// 第一個節(jié)點(diǎn)
zskiplistNode *header, *tl;
// 節(jié)點(diǎn)總數(shù)
unsigned long length;
// 最大層數(shù)
int level;
} zskiplist;
在跳躍表中，使用了以下三個變量：
– Header：指向跳躍表的第一個節(jié)點(diǎn)。
– Tl：指向跳躍表的最后一個節(jié)點(diǎn)。
– Length：記錄跳躍表中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。
跳躍表的操作
在Redis中，跳躍表支持以下操作：
– 插入節(jié)點(diǎn)：插入節(jié)點(diǎn)時，需要對其對應(yīng)的跳躍表節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理的調(diào)整，使得跳躍表始終保持有序，同時維護(hù)跨度信息。
– 刪除節(jié)點(diǎn)：刪除節(jié)點(diǎn)時，需要將其所在的所有層級的指針進(jìn)行調(diào)整，同時維護(hù)跨度信息。
– 查找節(jié)點(diǎn)：查找節(jié)點(diǎn)時，可以使用快速指針，在跳躍表中進(jìn)行快速定位。
跳躍表與有序集合
Redis通過跳躍表實(shí)現(xiàn)了有序集合，有序集合有以下兩個特點(diǎn)：
– 每個元素都有一個權(quán)重值（Score），用于排序。
– 每個元素都有一個唯一的名字。
使用Redis實(shí)現(xiàn)有序集合，可以采用以下操作：
– ZADD：將一個或多個元素加入有序集合，并設(shè)置其分值（score）。
– ZREM：從有序集合中移除一個或多個元素。
– ZRANK：查找有序集合中指定元素的排名，排名從0開始。
– ZRANGE：獲取有序集合的一段排名之間的元素，可以根據(jù)分值（score）進(jìn)行排序。
– ZCARD：獲取有序集合的元素數(shù)量。
跳躍表的優(yōu)點(diǎn)
跳躍表具有以下優(yōu)點(diǎn)：
– 時間復(fù)雜度穩(wěn)定，不受數(shù)據(jù)規(guī)模影響。
– 數(shù)據(jù)可以分層，查找速度快。
– 可以隨時動態(tài)調(diào)整層數(shù)，以適應(yīng)不同類型的數(shù)據(jù)集。
跳躍表的缺點(diǎn)
跳躍表的缺點(diǎn)是其實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，需要維護(hù)多個指針和調(diào)整跨度信息。
總結(jié)
Redis采用跳躍表實(shí)現(xiàn)有序集合，使得數(shù)據(jù)具有一定的順序性，同時查找速度也得到了提升。跳躍表在Redis中的成功應(yīng)用，也為其在其他系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了實(shí)施思路。
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