redis(八:数据结构-压缩列表)

Redis 有一种底层数据结构,叫压缩列表(ziplist),这是一种非常节省内存的结构。使用到压缩列表的数据类型有(List,Hash,Sorted Set)

压缩列表的构成。表头有三个字段 zlbytes、zltail 和 zllen,分别表示列表长度、列表尾的偏移量,以及列表中的 entry 个数。压缩列表尾还有一个 zlend,表示列表结束。



压缩列表之所以能节省内存,就在于它是用一系列连续的 entry 保存数据。每个 entry 的元数据包括下面几部分。
1,prev_len,表示前一个 entry 的长度。(为了倒序取数据方便)
2,len:表示自身长度,4 字节;
3,encoding:表示编码方式,1 字节;
4,content:保存实际数据。

这些 entry 会挨个儿放置在内存中,不需要再用额外的指针进行连接,这样就可以节省指针所占用的空间。

Redis 基于压缩列表最大好处就是节省了 dictEntry 的开销。当你用 String 类型时,一个键值对就有一个 dictEntry,要用 32 字节空间。但采用集合类型时,一个 key 就对应一个集合的数据,能保存的数据多了很多,但也只用了一个 dictEntry,这样就节省了内存。

如何用集合类型保存单值的键值对
在保存单值的键值对时,可以采用基于 Hash 类型的二级编码方法。
以图片 ID 1101000060 和图片存储对象 ID 3302000080 为例,我们可以把图片 ID 的前 7 位(1101000)作为 Hash 类型的键,把图片 ID 的最后 3 位(060)和图片存储对象 ID 分别作为 Hash 类型值中的 key 和 value。

127.0.0.1:6379> info memory
# Memory
used_memory:1039120
127.0.0.1:6379> hset 1101000 060 3302000080
(integer) 1
127.0.0.1:6379> info memory
# Memory
used_memory:1039136

在使用 String 类型时,每个记录需要消耗 64 字节,这种方式却只用了 16 字节,所使用的内存空间是原来的 1/4,满足了我们节省内存空间的需求。

Hash 类型底层结构什么时候使用压缩列表?
其实,Hash 类型设置了用压缩列表保存数据时的两个阈值,一旦超过了阈值,Hash 类型就会用哈希表来保存数据了。
这两个阈值分别对应以下两个配置项:
hash-max-ziplist-entries:表示用压缩列表保存时哈希集合中的最大元素个数。
hash-max-ziplist-value:表示用压缩列表保存时哈希集合中单个元素的最大长度。
为了能充分使用压缩列表的精简内存布局,我们一般要控制保存在 Hash 集合中的元素个数。所以,在刚才的二级编码中,我们只用图片 ID 最后 3 位作为 Hash 集合的 key,也就保证了 Hash 集合的元素个数不超过 1000,同时,我们把 hash-max-ziplist-entries 设置为 1000,这样一来,Hash 集合就可以一直使用压缩列表来节省内存空间了。

不管是使用Hash还是Sorted Set,当采用ziplist方式存储时,虽然可以节省内存空间,但是在查询指定元素时,都要遍历整个ziplist,找到指定的元素。所以使用ziplist方式存储时,虽然可以利用CPU高速缓存,但也不适合存储过多的数据(hash-max-ziplist-entries和zset-max-ziplist-entries不宜设置过大),否则查询性能就会下降比较厉害。整体来说,这样的方案就是时间换空间,我们需要权衡使用。
当使用ziplist存储时,尽量选择占用内存小的方式存储,因为ziplist是每个元素紧凑排列,而且每个元素存储了上一个元素的长度,所以当修改其中一个元素超过一定大小时,会引发多个元素的级联调整(前面一个元素发生大的变动,后面的元素都要重新排列位置,重新分配内存),这也会引发性能问题,需要注意。
使用Hash和Sorted Set存储时,虽然节省了内存空间,但是设置过期变得困难(无法控制每个元素的过期,只能整个key设置过期,或者业务层单独维护每个元素过期删除的逻辑,但比较复杂)。而使用String虽然占用内存多,但是每个key都可以单独设置过期时间,还可以设置maxmemory和淘汰策略,以这种方式控制整个实例的内存上限。

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