Redis数据结构
1.Set
Set（集合）底层数据结构：intset / hashtable。查询的时间复杂度为O(1)。
Redis 会根据数据大小和类型自动切换编码：
| 编码 | 数据结构 | 触发条件 |
|---|---|---|
intset | 整数集合（紧凑数组） | 所有元素都是整数，且数量 ≤ 512 |
hashtable | 哈希表 | 元素包含字符串 / 数量超过限制 |
一旦从 intset 升级为 hashtable，就不会降级回来。
✅intset（整数集合）结构如下：使用二分查找判断是否存在、内存紧凑，适合小整数集合。📌 时间复杂度：O(log n)
typedef struct intset {uint32_t encoding; // 编码格式：16/32/64位uint32_t length; // 当前元素个数int8_t contents[]; // 存储整数的有序数组（节省内存）
} intset;
✅ hashtable（哈希表）：实际是 Redis 的 dict 结构、key 是 set 元素，value 为 NULL。
查找时间复杂度：O(1)
// 简化版
dict {dictEntry **table; // 哈希桶数组int size; // 容量int used; // 已用数量
}
当 set 中有非整数或数量太多时，自动升级为 hashtable
2.ZSet
ZSet（有序集合）底层数据结构为：ziplist/listpack 或 skiplist + dict。查询的时间复杂度为O(log N)。
底层编码方式（两种）：
| 编码 | 数据结构 | 触发条件 |
|---|---|---|
ziplist（旧）或 listpack（Redis 7.0+） | 压缩列表 | 元素少（默认 ≤ 128），且 member 和 score 较小 |
skiplist + dict | 跳表 + 字典 | 超出上述限制时升级 |
💡 在新版 Redis 中，
ziplist已被更安全高效的listpack替代。
ZSet 从 listpack 转成 skiplist的时机，满足以下条件的任何一种：
- 元素个数 >
zset-max-listpack-entries（默认 128）。 - 任一 member 或 score 的长度 >
zset-max-listpack-value（默认 64 字节）。
核心结构之双索引设计：
typedef struct zset {dict *dict; // member → score 映射（O(1) 查 score）zskiplist *zsl; // score 排序链表（支持范围查询）
} zset;
| 结构 | 作用 |
|---|---|
dict | 快速查找某个 member 的 score（用于 ZSCORE） |
zskiplist | 按 score 排序，支持 ZRANGE, ZRANK, ZREVRANGE 等 |
2.1.ziplist 的整体结构图解
+------------------+--------+-------------------+--------+------------------+
| zlbytes (4B) | zltail (4B) | zllen (2B) | ... entry ... | end (1B) |
+------------------+--------+-------------------+--------+------------------+各字段含义：
| 字段 | 大小 | 说明 |
|---|---|---|
zlbytes | 4 字节 | 整个 ziplist 占用的总字节数 |
zltail | 4 字节 | 最后一个 entry 的偏移量（便于从尾部遍历） |
zllen | 2 字节 | entry 的数量（注意：最大 65535，所以不能精确统计超过此数） |
entry... | 变长 | 实际存储的数据项（多个 entry 连续排列） |
end | 1 字节 | 特殊标记 0xFF，表示 ziplist 结束 |
所有数据都在一块连续内存中。
ziplist 中的每个元素称为一个 entry，其结构如下：
[prev_length] [encoding] [data]
1. prev_length：前一个 entry 的长度（用于反向遍历）
- 如果前一个 entry 长度 < 254 字节 → 用 1 字节存储
- 否则 → 用 5 字节（第一个字节是
0xFE，后面 4 字节是真实长度）
👉 这样可以从尾部向前遍历（类似双向链表）
2. encoding：当前 entry 的编码方式
用来标识后面 data 的类型和长度。
常见编码：
| 编码值（十六进制） | 含义 |
|---|---|
0xxx xxxx | 8/16/32 位整数（如 00 表示 int8） |
1100 0000 ~ 1111 1110 | 字符串，高位表示长度编码方式 |
1111 1111 | 特殊用途，如 end 标记 |
3. data：实际存储的数据
- 如果是字符串：直接存原始内容
- 如果是整数：按 encoding 规则存二进制值（不转成字符串）
2.2.listpack
由于 ziplist 存在严重的 连锁更新问题，Redis 在 7.0 版本中引入了替代品：listpack。listpack 的改进：
| 特性 | ziplist | listpack |
|---|---|---|
| entry 大小记录 | 在 前一个 entry 中 | 在 当前 entry 头部 |
| 是否支持独立修改 | ❌ 否（影响后续） | ✅ 是（不影响其他 entry） |
| 内存重分配风险 | 高（连锁更新） | 极低 |
| 实现复杂度 | 高 | 更简单安全 |
| 是否已弃用 | ✅ 是（Redis 7.0+） | ✅ 新默认编码 |
listpack 结构更清晰：
+--------+--------+--------+------------------+--------+
| total_bytes | count | ... entry ... | end (0xFF) |
+--------+--------+--------+------------------+--------+
每个 entry 自带长度信息，不再依赖前一个节点。
2.3.跳表+哈希表dict
在 Redis 的 zset（有序集合）中，当数据量超过压缩列表的阈值（元素数量过多或元素值过长）时，底层存储结构会转为 skiplist + dict 的组合结构。这种组合兼顾了有序性查询和快速的成员 - 分值映射，是 Redis 高效实现有序集合的核心设计。
skiplist + dict 的角色分工。zset 的 skiplist + dict 结构中，两个组件分别承担不同职责：
- 跳表（skiplist）：负责维护元素的有序性，支持按分值（score）范围查询、排名计算等操作。
- 字典（dict，哈希表）：负责维护成员（value）到分值（score）的映射，支持通过成员快速查找对应的分值，以及判断成员是否存在。
两者存储的是同一批 zset 元素（(value, score) 对），但组织方式不同，形成互补：跳表提供有序性和范围操作能力，字典提供 O (1) 级别的成员查询能力。
跳表（skiplist）的结构与作用。跳表是一种有序数据结构，通过在每个节点中维护多个指向其他节点的指针，实现快速查找、插入和删除。Redis 中的跳表（zskiplist）结构如下：
跳表（zskiplistNode）每个节点代表 zset 中的一个元素，包含：
value：成员值（字符串）。score：分值（双精度浮点数），跳表按此值从小到大排序。backward：指向当前节点的前一个节点（用于从后向前遍历）。level：节点的层数（随机生成，决定该节点有多少个向前的指针）。forward[]：每层的向前指针数组，forward[i]指向当前节点在第i层的下一个节点。
跳表的整体结构包含：
header：头节点（不存储实际数据，作为查询的起点）。tail：尾节点（指向最后一个元素）。length：跳表中的节点总数（即zset的元素数量）。level：当前跳表中最高节点的层数（方便查询时从最高层开始）。
跳表的作用：
- 支持按
score范围查询（如ZRANGEBYSCORE）、按排名查询（如ZRANGE）、计算元素排名（如ZRANK）等有序操作，时间复杂度平均为 O (log N)。 - 所有节点按
score升序排列，若score相同，则按value的字典序排序。
字典（dict）的结构与作用：字典（哈希表）是 Redis 中用于快速映射的结构，zset 中的字典以 value 为键，score 为值，即 dict[value] = score。
字典的作用：
- 支持通过
value快速查找对应的score（如ZSCORE命令），时间复杂度为 O (1)。 - 快速判断
value是否存在于zset中（如ZISMEMBER命令）。 - 插入或删除元素时，通过字典快速定位
value对应的score，避免遍历跳表。
skiplist + dict 的协同工作，zset 中的 skiplist 和 dict 存储的是同一批元素，两者保持强一致性：
- 插入元素：当新增
(value, score)时，既要在跳表中插入对应的节点（按score排序），也要在字典中添加value → score的映射。 - 删除元素：删除时，需同时从跳表中移除节点和从字典中删除键值对。
- 更新分值：若通过
ZADD命令更新某个value的score，会先通过字典找到旧score，然后从跳表中删除旧节点，再插入新score对应的节点，并更新字典中的映射。
这种组合的优势：
- 跳表的优势是有序性和范围操作，但通过
value查找score时效率较低（需遍历）。 - 字典的优势是 O (1) 级别的
value → score映射，但无法维护有序性和支持范围查询。
两者结合后，zset 既能高效处理有序相关的操作（如排名、范围查询），又能快速通过成员定位分值，兼顾了性能和功能需求。
总结，Redis 的 zset 在使用 skiplist + dict 结构时：
- 跳表负责维护元素的有序性，支持按分值 / 排名的范围操作。
- 字典负责成员到分值的快速映射，支持 O (1) 级别的查询和存在性判断。
- 两者存储相同的元素，操作时保持同步，共同实现了有序集合的高效功能。