Redis 设计与实现(6-压缩列表)

压缩列表（ziplist）是列表键和哈希键的底层实现之一。当一个列表键只包含少量列表项/当一个哈希键只包含少量键值对，并且每个列表项/每个键值对的键和值要么就是小整数值，要么就是长度比较短的字符串，那么Redis就会使用压缩列表来做列表键的底层实现。

压缩列表是Redis为了节约内存而开发的，是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序型（sequential）数据结构。一个压缩列表可以包含任意多个节点（entry），每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。

压缩列表组成部分说明：

	类型	长度	用途
zlbytes	uint_32	4	记录整个压缩列表占用的内存字节数，在对压缩列表进行内存重分配或计算zlen的位置时使用。
zltail	uint_32	4	记录压缩列表表尾节点距离压缩列表的起始地址有多少字节：通过这个偏移量，程序无需遍历整个压缩列表就可以确定表尾节点的地址。
zllen	uint_16	2	记录了压缩列表包含的节点数量：当这个属性的值小于uint16_max(65535)时，这个属性的值就是压缩列表包含节点的数量uint16_max；当这个值等于，节点的真实数量需要遍历整个压缩列表才能计算出
entry1-N	列表节点	不定	压缩列表包含的各个节点，节点的长度由节点保存的内容决定。
zlend	uint_8	1	特殊值0xFF(255)，用于标记压缩列表的末端。

每个压缩列表节点可以保存一个字节数组或者一个整数值，其中，字节数组可以是以下三种长度的其中一种：

而整数值则可以是以下六种长度的其中一种：

每个压缩列表节点都由previous_entry_length、encoding、content三个部分组成

previous_entry_length属性以字节为单位，记录了压缩列表中前一个节点的长度。属性的长度可以是1字节或者5字节。

如果前一节点的长度小于254字节，那么previous_entry_length属性的长度为1字节：前一节点的长度就保存在这一个字节里面。
如果前一节点的长度大于等于254字节，那么previous_entry_length属性的长度为5字节：其中属性的第一字节会被设置为0xFE（十进制值254），而之后的四个字节则用于保存前一节点的长度。

eg：

previous_entry_length = 0xFE00002766，值的最高位字节0xFE表示这是一个五字节长的previous_entry_length属性，而之后的四字节0x00002766（十进制值10086）才是前一节点的实际长度。

由此特性，程序可以通过指针运算，根据当前节点的起始地址来计算出前一个节点的起始地址。

压缩列表的从表尾向表头遍历操作也是使用这一原理实现的。

encoding属性记录了节点的content属性所保存数据的类型以及长度。

一字节、两字节或者五字节长，值的最高位为00、01或者10的是字节数组编码：这种编码表示节点的content属性保存着字节数组，数组的长度由编码除去最高两位之后的其他位记录；
一字节长，值的最高位以11开头的是整数编码：这种编码表示节点的content属性保存着整数值，整数值的类型和长度由编码除去最高两位之后的其他位记录；

字节数组编码：

编码	编码长度（byte）	content属性保存的值
00bbbbbb	1	长度小于等于63字节的字节数组
01bbbbbb xxxxxxxx	2	长度小于等于16383字节的字节数组
10____ aaaaaaaa bbbbbbbb cccccccc dddddddd	5	长度小于等于4294967295字节的字节数组

整数编码：

编码	编码长度(byte)	content属性保存的值
11000000	1	int16_t类型的整数
11010000	1	int32_t类型的整数
11100000	1	int64_t类型的整数
11110000	1	24位有符号数
11111110	1	8位有符号数
xxxxxxxx	1	使用该编码的节点没有content属性，因为xxxx四位本身就保存了一个介于0到12之间的值

content属性负责保存节点的值，节点值可以是一个字节数组或者整数，值的类型和长度由节点的encoding属性决定。

Redis将在特殊情况下产生的连续多次空间扩展/收缩操作称之为“连锁更新”。除了添加新节点可能会引发连锁更新之外，删除节点也可能会引发连锁更新。

eg：

在一个压缩列表中，有多个连续的、长度介于250字节到253字节之间的节点e1至eN。

e1至eN的所有节点的长度都小于254字节，所以记录这些节点的previous_entry_length属性都是1字节长的。

这时，如果我们将一个长度大于等于254字节的新节点new设置为压缩列表的表头节点，那么new将成为e1的前置节点。

因为e1的previous_entry_length属性仅长1字节，它没办法保存新节点new的长度，所以程序将对压缩列表执行空间重分配操作，并将e1节点的previous_entry_length属性从原来的1字节长扩展为5字节长。

现在，麻烦的事情来了，e1原本的长度介于250字节至253字节之间，在为previous_entry_length属性新增四个字节的空间之后，e1的长度就变成了介于254字节至257字节之间，而这种长度使用1字节长的previous_entry_length属性是没办法保存的。

因此，为了让e2的previous_entry_length属性可以记录下e1的长度，程序需要再次对压缩列表执行空间重分配操作，并将e2节点的previous_entry_length属性从原来的1字节长扩展为5字节长。

配图如下：

要注意的是，尽管连锁更新的复杂度较高，但它真正造成性能问题的几率是很低的：

因为以上原因，ziplistPush等命令的平均复杂度仅为O（N）

因为ziplistPush、ziplistInsert、ziplistDelete和ziplistDeleteRange四个函数都有可能会引发连锁更新，所以它们的最坏复杂度都是O（N**2）。

压缩列表是一种为节约内存而开发的顺序型数据结构。

压缩列表被用作列表键和哈希键的底层实现之一。

压缩列表可以包含多个节点，每个节点可以保存一个字节数组或者整数值。

添加新节点到压缩列表，或者从压缩列表中删除节点，可能会引发连锁更新操作，但这种操作出现的几率并不高。