Redis核心数据结构之压缩列表(一)

压缩列表

概述

压缩列表(ziplist)是列表键和哈希键的底层实现之一。当一个列表键只包含少量列表项，并且每个列表项要么就是小整数值，要么就是长度比较短的字符串，那么Redis就会使用压缩列表来做列表键的底层实现。

例子

• 例如，执行以下命令将创建一个压缩列表实现的列表键，列表键里面包含的都是1、3、5、10086这样的小整数值，以及"hello"、"world"这样的短字符串。另外，当一个哈希键只包含少量键值对，并且每个键值对的键和值要么就是小整数值，要么就是长度比较短的字符串，那么Redis就会使用压缩列表来做哈希键的底层实现。

127.0.0.1:6379> RPUSH lst 1 3 5 10086 "hello" "world"
(integer) 6
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING lst
"ziplist"
127.0.0.1:6379>

• 举个例子，执行以下命令将创建一个压缩列表实现的哈希键:
  哈希键里面包含的所有键和值都是小整数值或者短字符串。

127.0.0.1:6379> HMSET profile  "name" "VinPink" "age" 28 "job" "Programmer"
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING profile
"ziplist"
127.0.0.1:6379>

压缩列表的构成

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。

例子

• 1.列表zlbytes属性的值为0x50(十进制80)，表示压缩列表的总长为80字节
• 2列表zltail属性的值为0x3c(十进制60)，这表示如果我们有一个指向压缩
  列表起始地址的指针P,那么只要用指针P加上偏移量60，就可以计算出表尾节点entry3的地址
• 3.列表zllen属性为0x3(十进制3)，表示压缩列表包含三个节点
  
• 1.列表zlbytes属性的值为0xd2(十进制210),这表示压缩列表的总长为210字节
• 2.列表zltail属性的值为0xb3(十进制179)，这表示如果我们有一个指向压缩列表起始地址的P，那么只要用指针P加上偏移量179，就可以计算出表尾节点entry5的地址
• 3.列表zllen属性的值为0x5(十进制5)，表示压缩列表包含五个节点

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，其中，字节数组可以是以下三种长度之一:

• 1.长度小于等于63(2 ^ 6 - 1)字节的字节数组
• 2.长度小于等于16383(2 ^ 14 - 1)字节的字节数组
• 3.长度小于等于4294967295(2 ^ 32 - 1)字节的字节数组
  而整数值则可以是以下六种长度之一:
• 1.4位长，介于0至12之间的无符号整数
• 2.1字节长的有符号整数
• 3.3字节长的有符号整数
• 4.int16_t类型整数
• 5.int32_t类型整数
• 6.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:
1.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：前一节点的长度保存在这一个字节里面
2.如果潜移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254),而之后的四个字节则用于保存前一节点的长度

因为节点的previous_entry_length属性记录了前一个节点的长度，所以程序可以通过指针运算,根据当前节点的起始地址来计算出前一个节点的起始地址

例子

• 图中展示了一个包含一字节长previous_entry_length属性的压缩列表节点，属性 的值为0x05，表示前一节点的长度为5字节
  
• 图中展示了一个包含五字节长previous_entry_length属性的压缩节点，属性的值为0xFE00002766,其中值的最高位0xFE表示这是一个五字节长的previous_entry_length属性，而之后的四字节0x00002766(十进制10086)才是前一节点的实际长度
  
• 举个例子，如果有一个指针当前节点的起始地址的指针c,那么只要用指针c减去当前节点previous_entry_length属性的值，就可以得出一个指向前一个节点起始地址的指针p,如图所示
  
• 压缩列表的从表尾向表头遍历操作就是使用这一原理实现的，只要拥有了一个指向某个节点起始地址的指针，那么通过这个指针以及这个节点的previous_entry_length属性，程序就可以一直向前一个节点回溯，最终到达压缩列表的表头节点。
  1.首先，拥有指向压缩列表表尾节点entry4起始地址的指针p1(指向表尾节点的指针可以通过指向压缩列表起始地址的指针加上zltai属性的值得出)
  2.通过p1减去entry4节点previous_entry_length属性的值，得到一个指向entry4前一个节点entry3起始地址的指针p2
  3.通过p2减去entry3节点previous_entry_length属性的值，得到一个指向entry3前一节点entry2起始地址的指针p3
  4.通过用p3减去entry2节点previous_entry_length属性的值，得到一个指向entry2前一节点最终，从表尾节点向表头节点遍历了整个列表