聊聊Redis那些经典数据结构和它们背后的实现细节，感觉挺有意思的

说到Redis，很多人第一反应就是“快”，但它为什么能这么快？除了因为它是内存数据库，直接把数据放在内存里操作之外，最关键的一点就是它那套精心设计的数据结构，Redis不是一个简单的键值对存储，它的值可以是多种多样的数据结构，而每种结构背后都有巧妙的实现,这让它在处理不同场景时都能游刃有余。

先从最简单的字符串（String）说起。 这可能是我们最常用的类型了，比如用来做缓存，存个用户信息、计数器什么的，你可能会想，字符串不就是个字符数组吗？能有什么花样？Redis还真玩出了花样，它使用了一个叫“简单动态字符串”（SDS）的结构，而不是C语言里传统的以\0结尾的字符数组，这个SDS结构里，除了存字符串本身，还额外记录了两个关键信息：一个是当前字符串的已用长度，另一个是分配给这个字符串的总空间大小，这样做的好处太大了！我们要获取字符串的长度，C语言的传统做法是遍历整个数组直到遇到\0，时间复杂度是O(n)；而SDS直接读取记录的长度值，时间复杂度是O(1)，瞬间完成，再比如，要追加字符串时，SDS会先检查空间够不够，如果不够会自动进行扩容，避免了缓冲区溢出的风险，这种用空间换时间，以及预分配的策略，正是Redis高性能的基石之一。（来源：Redis设计与实现）

再来看看列表（List）， 它常被用来实现消息队列或者最新消息排行，Redis的列表底层实现，在早期版本中，当列表元素比较少的时候，会使用一块连续的内存来存储，这叫“压缩列表”（ziplist），它是一种非常紧凑的结构，能节省很多内存，当元素数量变多或者某个元素变大时，压缩列表的查询效率会下降，所以Redis会把它转换成一个叫“快速列表”（quicklist）的结构，你可以把quicklist想象成一个大火车，每一节车厢都是一个小的压缩列表，车厢之间用指针连接起来，这样设计的好处是，既保留了压缩列表节省内存的优点，又在整体上是一个链表结构，在中间插入或删除元素时，不用像数组那样挪动后面所有的数据，只需要调整局部车厢的内容和指针就行了，效率很高。（来源：Redis源码与相关技术博客）

集合（Set） 的特点是元素不重复，适合用来存储标签、共同好友等，它的底层实现有两个选择：一个是“整数集合”（intset），当集合里的所有元素都是整数且数量不多时，Redis会使用这种结构，它就是一个有序的整数数组，查找时可以用二分法，效率很高而且极其节省内存，另一个就是更常见的“哈希表”（hash table），哈希表我们待会儿会细说，它的优势是平均情况下查找、插入、删除的速度都非常快，接近O(1)，Set用它来保证元素的唯一性,其实就是利用了哈希表键的唯一性。

有序集合（ZSet） 是Redis里一个非常强大的数据结构，它像Set一样保证成员唯一，但每个成员都关联一个分数（score），可以根据分数进行排序，玩排行榜功能，用它就再合适不过了，它的实现更是融合了两种数据结构的精华：一个是以成员为键、分数为值的哈希表，这样可以快速根据成员找到对应的分数（O(1)时间复杂度），另一个是“跳跃表”（skiplist），跳跃表是一种有序数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的，简单理解，它就像给一个有序链表加了很多层“电梯”，查找的时候可以从最高层开始，大步跨越，逐层缩小范围，最终找到目标，效率可以媲美平衡树，但实现起来又简单很多，Redis用跳跃表来维护分数的排序，这样就可以快速地做范围查询，取分数前10名的成员”。（来源：Redis官方文档关于Sorted Set的实现）

最后不能不提哈希（Hash）， 它适合存储对象，比如把一个用户的姓名、年龄、城市等信息作为一个整体存起来，它的底层就是经典的哈希表，Redis的哈希表在处理冲突时使用了“链地址法”，就是当两个键的哈希值落到同一个位置时，用一个链表把它们串起来，为了避免在数据量增长时链表过长导致性能下降，Redis会进行“渐进式rehash”，这是个非常聪明的设计：当需要扩容时，它不是一次性把所有数据从旧哈希表搬到新哈希表（那会阻塞服务很久），而是准备两个哈希表（旧表和新表），在后续的每次增删改查请求中，慢慢地、分批地把旧表的数据迁移到新表，这样就把一次性的巨大开销，平摊到了很多次小的操作中，保证了Redis在扩容期间依然能高效响应请求，不会出现卡顿。（来源：Redis设计与实现中关于字典rehash的章节）

你看，Redis的这些数据结构，表面上看就是几种简单的类型，但底层却藏着这么多为了极致性能和节省内存而做的精巧设计，正是这些细节，让Redis从一个简单的键值存储,变成了一个强大而高效的多功能数据平台。