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面试题:Redis压缩列表节点之结构理解

请详细阐述Redis压缩列表节点的结构组成,包括各个部分的作用及相互关系。
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Redis的压缩列表(ziplist)是一种为节约内存而设计的顺序型数据结构,由一系列特殊编码的连续内存块组成。以下详细阐述压缩列表节点的结构组成:

1. 节点前序长度(prevlen)

  • 作用:记录前一个节点的长度。通过这个字段,可以从当前节点反向遍历到前一个节点。
  • 长度:如果前一个节点的长度小于254字节,prevlen用1字节表示;如果前一个节点长度大于等于254字节,prevlen用5字节表示,其中第1字节为254,后面4字节表示实际长度。

2. 节点自身长度(encoding)

  • 作用:标识当前节点的数据类型以及数据所占用的字节数。
  • 编码类型
    • 整数编码:对于小的整数值,使用特殊的编码方式直接在encoding字段中表示。例如,对于0 - 12之间的整数,用1字节编码,其中高4位为0011,低4位为整数的值。
    • 字符串编码:根据字符串长度不同,采用不同长度的编码。长度小于等于63字节,用1字节编码,高2位表示编码类型,低6位表示字符串长度;长度小于等于16383字节,用2字节编码;长度更大则用5字节编码。

3. 节点数据(data)

  • 作用:存储实际的数据内容,可以是字符串或者整数。
  • 存储方式:根据encoding的编码类型确定数据的存储方式。如果是整数编码,数据直接按照encoding中指定的格式存储;如果是字符串编码,按照encoding中指示的长度存储相应长度的字符串。

相互关系

  • 每个节点通过prevlen字段与前一个节点相连接,形成反向遍历的链表结构。
  • encoding字段既定义了data部分的数据类型,又给出了数据的长度信息,从而使得程序能够正确解析data中的内容。
  • 这种结构设计紧凑,在存储连续的小数据时,能有效地节省内存空间,同时通过prevlen和encoding提供的信息,在一定程度上保证了对节点数据的快速访问和遍历。