Redis ziplist 数据结构及其应用
1. 引言
Redis 是一种快速、高效的键值存储系统，广泛用于缓存、消息队列、排行榜等场景。在 Redis 中，数据以键值对的形式存储，其中的值可以是不同的数据结构之一。本文将重点介绍 Redis 中的一种数据结构——ziplist（压缩列表），并探讨其在哈希表（hash）和有序集合（sorted set）中的应用。
2. Redis ziplist 数据结构
Redis 使用 ziplist 数据结构来表示列表（list）、哈希表（hash）和有序集合（sorted set）等数据类型。ziplist 是一种连续的、紧凑的内存结构，可以高效地存储多个键值对。它采用类似数组的形式，将多个键值对紧密地排列在一起，以节省内存空间。
3. ziplist 数据结构的组织方式
ziplist 的每个节点由一个或多个 entry 组成，每个 entry 包含一个前缀长度（previous_entry_length）和一个内容（entry_data）。其中，entry_data 可以是列表元素、哈希表的键或有序集合的成员，而前缀长度则记录了 entry_data 的字节数。
ziplist 内部由多个节点串联而成，每个节点的开头处都有一个 4 字节的标志位（zlbytes）来表示当前节点的大小。这样，在对 ziplist 进行迭代或查找时，我们可以通过不断遍历节点来获取所有的元素。
下图展示了一个简化的 ziplist 的结构示意图：
| zlbytes (4 字节) | zlentry (entry1) | zlentry (entry2) | ... | zlentry (entryn) | zlend (1 字节) |
4. ziplist 的特点
ziplist 作为 Redis 中的一种紧凑数据结构，具有以下几个特点：
4.1 紧凑的内存结构
ziplist 采用紧凑的方式存储数据，将多个键值对紧密地排列在一起，以节省内存空间。相比于其他数据结构，如 linked list 或者 hash table，ziplist 占用的内存更少，适用于存储元素较少的数据类型。
4.2 顺序迭代
由于 ziplist 的节点是连续存储的，所以可以通过遍历节点的方式高效地进行顺序迭代。这在处理列表、哈希表或有序集合等数据类型时非常有用。
4.3 随机访问
ziplist 通过前缀长度和内容来存储数据，因此可以通过偏移量来高效地进行随机访问。偏移量是指从 ziplist 的起始位置到要访问的节点的位置之间的字节数。
4.4 动态调整
当需要修改或添加新的键值对时，ziplist 可以根据需要对节点进行扩展或收缩。这种动态调整的方式保证了 ziplist 的高效性和灵活性。
5. ziplist 在哈希表中的应用
在 Redis 中，哈希表是一种常用的数据结构，用于存储键值对的集合。Redis 使用 ziplist 来表示小型的哈希表，它可以高效地存储多个键值对。
5.1 ziplist 在哈希表中的结构
在 ziplist 中表示哈希表时，它的结构如下：
| zlbytes (4 字节) | zlend (1 字节) | zlentry (entry1) | zlentry (entry2) | ... | zlentry (entryn) |
其中，每个 entry 表示一个键值对，由一个前缀长度和一个内容组成。entry 中的内容由键和值两部分组成，它们之间使用分隔符分割。
5.2 示例代码
以下是使用 Redis 的 Python 客户端 redis-py
