《闲扯Redis五》List数据类型底层之quicklist

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一、前言

Redis 提供了5种数据类型：String（字符串）、Hash（哈希）、List（列表）、Set（集合）、Zset（有序集合），理解每种数据类型的特点对于redis的开发和运维非常重要。

原文解析

Redis 中的 list 是我们经常使用到的一种数据类型，根据使用方式的不同，可以应用到很多场景中。

二、底层解析

1、上节回顾

 上节《闲扯Redis四》List数据类型底层编码转换 说道，在 3.0 版本的 Redis 中，List 类型有两种实现方式：

1、使用压缩列表（ziplist）实现的列表对象。

2、使用双端链表（linkedlist）实现的列表对象。

在 3.2 版本后新增了 quicklist 数据结构实现了 list，现在就来分析下 quicklist 的结构

2、官方描述

 先来看看 Redis 官方对 quicklist 的描述：

    A doubly linked list of ziplists

    A generic doubly linked quicklist implementation

 可见 quicklist 是一个双向链表，并且是一个 ziplist 的双向链表，也就是说 quicklist 的每个节点都是一个 ziplist。而通过前面的文章咱们可以知道，ziplist 本身也是一个能维持数据项先后顺序的列表，而且数据项保存在一个连续的内存块中。那是不是意味着 quicklist 结合了压缩列表和双端链表的特点呢！

3、结构分析

quicklist 结构定义

/* 
 * quicklist
 */
typedef struct quicklist {
    //头结点
    quicklistNode *head; 
    //尾节点
    quicklistNode *tail; 
    //所有ziplist中entry数量
    unsigned long count; 
    //quicklistNodes节点数量
    unsigned int len;   
    //ziplist中entry能保存的数量,由list-max-ziplist-size配置项控制 
    int fill : 16;       
    //压缩深度,由list-compress-depth配置项控制
    unsigned int compress : 16; 
} quicklist;

quicklist 结构属性注释

注释：

fill ：ziplist 中 entry 能保存的数量,由 list-max-ziplist-size 配置项控制

    表示了单个节点(quicklistNode)的负载比例(fill factor)，负数限制 quicklistNode 中的 ziplist 的字节长度, 
    正数限制 quicklistNode 中的 ziplist 的最大长度。

-5: 最大存储空间: 64 Kb <-- 通常情况下不要设置这个值
-4: 最大存储空间: 32 Kb <-- 非常不推荐
-3: 最大存储空间: 16 Kb <-- 不推荐
-2: 最大存储空间: 8 Kb <-- 推荐
-1: 最大存储空间: 4 Kb <-- 推荐
对于正整数则表示最多能存储到你设置的那个值, 当前的节点就装满了
通常在 -2 (8 Kb size) 或 -1 (4 Kb size) 时, 性能表现最好

compress ：压缩深度,由 list-compress-depth 配置项控制

    表示 quicklist 中的节点 quicklistNode, 除开最两端的 compress 个节点之后, 中间的节点都会被压缩（LZF压缩算法）。

quicklistNode 结构定义

typedef struct quicklistNode {
    //前节点指针
    struct quicklistNode *prev; 
    //后节点指针
    struct quicklistNode *next; 
    //数据指针。当前节点的数据没有压缩，那么它指向一个ziplist结构；否则，它指向一个quicklistLZF结构。
    unsigned char *zl;
    //zl指向的ziplist实际占用内存大小。需要注意的是：如果ziplist被压缩了，那么这个sz的值仍然是压缩前的ziplist大小
    unsigned int sz;  
    //ziplist里面包含的数据项个数
    unsigned int count : 16;   
    //ziplist是否压缩。取值：1--ziplist，2--quicklistLZF 
    unsigned int encoding : 2; 
    //存储类型，目前使用固定值2 表示使用ziplist存储
    unsigned int container : 2; 
    //当我们使用类似lindex这样的命令查看了某一项本来压缩的数据时，需要把数据暂时解压，这时就设置recompress=1做一个标记，等有机会再把数据重新压缩
    unsigned int recompress : 1;
    unsigned int attempted_compress : 1; /* node can't compress; too small */
    unsigned int extra : 10; /* more bits to steal for future usage */
} quicklistNode;

quicklistLZF 结构定义

typedef struct quicklistLZF {
    unsigned int sz;  //压缩后的ziplist大小
    char compressed[];//柔性数组，存放压缩后的ziplist字节数组
} quicklistLZF;

4、quicklist 结构图

 根据上述结构体定义，咱们可以绘制一下 quicklist 的结构：

三、要点总结

1、双端链表

1.双端链表便于在表的两端进行 push 和 pop 操作，但是它的内存开销比较大；

2.双端链表每个节点上除了要保存数据之外，还要额外保存两个指针；

3.双端链表的各个节点是单独的内存块，地址不连续，节点多了容易产生内存碎片；

2、压缩列表

1.ziplist 由于是一整块连续内存，所以存储效率很高；

2.ziplist 不利于修改操作，每次数据变动都会引发一次内存的 realloc；

3.当 ziplist 长度很长的时候，一次 realloc 可能会导致大批量的数据拷贝，进一步降低性能；

3、quicklist

1.空间效率和时间效率的折中；

2.结合了双端链表和压缩列表的优点；