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面试题:Redis压缩列表的内存分配与释放优化代码实现

在Redis压缩列表的代码实现中,内存的分配与释放操作频繁。请阐述如何优化这些操作以提高性能,比如采用什么策略减少内存碎片。并且给出在添加和删除节点时,内存分配与释放相关的核心代码实现思路及关键代码。
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数据库Redis

知识考点

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面试题答案

一键面试

优化策略

  1. 内存池技术
    • 思路:预先分配一大块内存作为内存池,当需要分配内存时,从内存池中获取小块内存,使用完毕后再归还到内存池,而不是每次都调用系统的内存分配函数(如 mallocfree)。这样可以减少系统调用开销,并有效减少内存碎片。
    • 优点:减少系统调用次数,提高内存分配与释放的效率,降低内存碎片产生的概率。
  2. 合并相邻空闲块
    • 思路:在释放内存块时,检查相邻的内存块是否也处于空闲状态,如果是,则将它们合并成一个更大的空闲块。这样在后续分配较大内存时,更容易满足需求,减少因分配小内存块而产生的碎片。
    • 优点:提高内存利用率,减少碎片化程度。
  3. 使用合适的内存分配算法
    • 思路:例如采用适合频繁分配和释放场景的分配算法,如 jemallocjemalloc 针对多线程环境下的内存分配进行了优化,能够更有效地管理内存,减少碎片。
    • 优点:在多线程环境下有更好的性能表现,减少内存碎片。

添加节点时内存分配核心代码实现思路及关键代码

  1. 实现思路
    • 首先检查内存池是否有足够的空闲空间来分配新节点所需内存。
    • 如果内存池空间不足,根据设定的策略(如扩展内存池)来获取更多内存。
    • 从内存池分配内存给新节点,并将新节点插入到压缩列表合适位置。
  2. 关键代码示例(伪代码)
// 假设内存池结构体
typedef struct MemoryPool {
    void *start;
    void *end;
    void *current;
} MemoryPool;

// 初始化内存池
MemoryPool* initMemoryPool(size_t size) {
    MemoryPool *pool = (MemoryPool*)malloc(sizeof(MemoryPool));
    pool->start = malloc(size);
    pool->end = (char*)pool->start + size;
    pool->current = pool->start;
    return pool;
}

// 从内存池分配内存
void* allocateFromPool(MemoryPool *pool, size_t size) {
    if ((char*)pool->current + size > (char*)pool->end) {
        // 内存池空间不足,可进行扩展等操作
        return NULL;
    }
    void *result = pool->current;
    pool->current = (char*)pool->current + size;
    return result;
}

// 添加节点到压缩列表
void addNodeToList(zlentry *zl, size_t valueSize) {
    MemoryPool *pool = getMemoryPool(); // 获取内存池实例
    void *newNode = allocateFromPool(pool, valueSize);
    if (newNode == NULL) {
        // 处理内存分配失败
        return;
    }
    // 将新节点插入到压缩列表合适位置的代码
}

删除节点时内存释放核心代码实现思路及关键代码

  1. 实现思路
    • 从压缩列表中移除要删除的节点。
    • 将该节点占用的内存归还到内存池,并检查相邻内存块是否空闲,若空闲则进行合并。
  2. 关键代码示例(伪代码)
// 释放节点内存到内存池
void freeNodeToPool(MemoryPool *pool, void *node) {
    // 假设内存池中有空闲块链表管理空闲内存块
    // 将节点内存块插入到空闲块链表合适位置
    // 检查相邻空闲块并合并
}

// 从压缩列表删除节点
void deleteNodeFromList(zlentry *zl, void *node) {
    // 从压缩列表移除节点的代码
    MemoryPool *pool = getMemoryPool();
    freeNodeToPool(pool, node);
}