手撕Redis源码1-数据结构实现
1.SDS动态字符串：
Redis中key保存的是字符串，value也往往是字符串或者字符串的集合，不过，Redis并未直接使用C语言中的字符串，因为C语言中的字符串存在一些问题，比如获取字符串长度需要通过运算且字符串不可修改，字符串是非二进制安全的，由此，Redis基于C语言构建了简单动态字符串SDS结构。
1.1 SDS结构实现
SDS是基于C语言中的结构体实现的，每个SDS有四个属性，buf[]为数据存储数组，len为buf中已保存的数据字节数（不包含结束标识），alloc表示buf申请的总字节数（包含结束标识），flags表示不同SDS类型，Redis中定义了多种类型的SDS，不同类型的SDS存储不同大小的头部和数据存储能力。
1.2 SDS动态扩容
SDS具备动态扩容的能力，例如，我们将一个内容为“hi”的SDS追加一段字符串",Amy"，首先会申请新内存空间，进行内存预分配操作：
如果新字符串小于1M，则新空间为扩展后字符串长度的两倍+1
如果新字符串大于1M，则新空间为扩展后字符串长度+1M+1
基于SDS，我们实现了在O（1）时间复杂度获取字符串长度，实现了字符串的动态扩容，减少了内存分配次数，以及实现了二进制安全。
2.Inset结构
2.1 InSet结构实现
inset结构是Redis的Set集合的一种实现方式（当数据量较少并且只包含整数元素时Set结构采用Inset），也是基于结构体实现，具备长度可变，有序等特征，每个结构体有三个属性：content[]为整数数组，保存集合数据；length表示元素个数；encoding表示编码方式（即content数组中存储的具体数据类型），encoding有三种模式。
下图中的int8_t contents[] 是 C 语言里的柔性数组成员，它本身不占用结构体固定内存，只是一个 “占位符”。编译时，结构体实际大小不包含这个数组，运行时会动态分配内存。
为了提高查找效率，Redis会将数据按升序依次放到content数组中，如图所示：encodeing占4字节，length占4字节，contents占2*3=6字节
2.2 Inset升级流程
此时，我们向inset中添加一个数字：50000，这个数字超出了2字节的存储范围，因此，inset会自动升级为合适的编码方式。
首先，encoding会升级为INTSET_ENC_INT32，每个整数占4字节，并按照新的编码方式扩容数组，扩容过程中倒序依次将数组中的元素拷贝到扩容后的位置：
之后，将待添加的元素加入到数组末尾，最后，inset的encoding属性改为INTSET_ENC_INT32，length属性改为4
升级过程源码：
Inset可以看作特殊类型的整数数组，会确保元素的唯一性和有序性，具备类型升级机制，可以节省内存空间，并且底层采用二分查找的方式来查找元素
3.Dict数据结构
3.1 Dict结构实现
Redis是一个键值型数据库，可以通过键对数据进行CRUD操作，而键与值的映射关系通过Dict实现，Dict由三部分构成：哈希表（DictHashTable）,哈希节点（DictEntry）,字典（Dict）
当向Dict添加键值对时，Redis会首先根据Key计算出hash值，然后利用h & sizemask计算元素应存储到数组中哪个索引位置。
3.2 Dict扩容机制
Dict中的HashTable使用的是数组加链表的实现，当集合中元素较多时，必然导致哈希冲突增多，链表过长，查询效率大大降低。
Dict在每次新增键值对时会监测负载因子（Load=userd/size）,即哈希表中使用的节点个数除以哈希表大小，如果负载因子满足以下两种情况，会触发哈希表扩容机制：
load>=1并且服务器没有执行 BGSAVE 或者 BGREWRITEAOF 等后台进程；
load>5;
同样，每次删除元素时，都会对负载因子做检查，当load<0.1时，会做收缩操作。
3.3 Rehash操作
不管是扩容还是收缩，必然会创建新哈希表，导致哈希表的size和sizemask变化，而key查询又依赖于sizemask，因此，必须对哈希表中每一个key重新计算索引，插入到新的哈希表，此过程称为rehash，过程如下：
计算新哈希表的realSize，值取决于当前要做扩容还是收缩操作：
如果是扩容，则新size为第一个大于等于dict.ht[0].used + 1的2^n；
如果是收缩，则新size为第一个大于等于dict.ht[0].used的2^n （不得小于4）；
根据新的realSize创建申请新的内存空间，创建dicthet，并赋值给dict.ht[1]
设置rehashidx=0,表示开始进行rehash
将dict.ht[0]中的每一个dictEntry都rehash到dict.ht[1]
将dict.ht[1]赋值给dict.ht[0],给dict.ht[1]初始化为空哈希表，释放原来dict.ht[0]的内存
扩容操作：
Dict的rehash并不是一次性完成的，如果数据量非常大，要在一次rehash完成可能会导致主线程阻塞，因此rehash是渐进式完成的，每次执行增删改查操作时，都会检查dict.rehashidx是否大于-1，如果是，则将dict.ht[0].table[rehashidx]的entry链表rehash到dict.ht[1]，并且将rehashidx++,直到dict.ht[0]所有数据都rehash到dict.ht[1],rehash完成，将rehashidx赋值为-1。相当于每次只rehash一个节点的链表，进行删改查操作时，两个哈希表都去找，找到数据后进行操作。进行新增操作时，直接写入ht[1]。