压缩列表
压缩列表
: (ziplist)是列表键(list)和哈希键(hash)的底层实现之一。当一个列表键只包含少量的列表项，并且每个列表项要么就是小整数值（具体见下文），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作为列表键的底层实现。注：Redis3.2分支引入了quicklist，并在4.0分支用quicklist替代了ziplist和linkedlist成为了列表对象的底层编码
redis> RPUSH lst 1 3 5 10086 "hello" "world"
"6"
reids> OBJECT ENCODING lst
"ziplist"
另外，当一个哈希键只包含少量键值对，并且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哈希键的底层实现。
redis> HMSET profile "name" "Jack" "age" 28 "job" "Programmer"
"OK"
reids> OBJECT ENCODING profile
"ziplist"
压缩列表的构成
压缩列表顾名思义，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一个整数值。
压缩列表的各个组成部分
| zlbytes | zltail | zllen | entry1 | entry2 | … | entryN | zlend |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
压缩列表各个组成部分详细说明
| 属性 | 类型 | 长度 | 用途 |
|---|---|---|---|
| zlbytes | uint32_t | 4字节 | 记录整个压缩列表占用的内存字节数（即压缩列表总长），在对压缩列表进行内存重分配或计算zlend的位置时使用 |
| zltail | uint32_t | 4字节 | 记录压缩列表表尾节点距离压缩列表的起始地址(即zlbytes的起始地址)有多少个字节，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（即最后一个entry）的地址 |
| zllen | uint16_t | 2字节 | 记录了压缩列表包含的节点（即entry）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，当这个值等于65535时，节点的真是数量需要遍历整个压缩列表才能计算得出 |
| entryX | 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 | uint8_t | 1字节 | 特殊值0xFF(十进制255)，用于标记压缩列表的末端 |
压缩列表节点的构成
| previous_entry_length | encoding | content |
|---|---|---|
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，字节数组可以是一下三种长度之一：
- 长度小于等于63（2^6-1)字节的字节数组
- 长度小于等于16383（2^14-1）字节的字节数组
- 长度小于等于4294967295（2^32-1）字节的字节数组
而整数值则可以是一下六种长度之一： - 4位长，介于0-12之间的无符号整数
- 1字节长的有符号整数
- 3字节长的有符号整数
- int16_t类型整数
- int32_t类型整数
- int64_t类型整数
每个压缩列表节点都由previous_entry_length、encoding、content三个部分组成。
previous_entry_length
节点的previous_entry_length属性以字节位单位，记录了压缩列表中前一个节点的长度。previous_entry_length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，前一个节点的长度就保存在这一个字节中（如0x05，表示前一个节点为5字节） - 如果前一个的长度大于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254），而之后的四个字节则用于保存前一节点的长度（如0xFE00002766，0x00002766十进制为10086，表示前一个节点长度为10086）
因为节点的previous_entry_length属性记录了前一个节点的长度，所以程序可以通过指针运算，根据当前的起始地址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就是使用这一原理实现的。
encoding
节点的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 | content属性保存的值 |
|---|---|---|
| 00xxxxxx | 1字节 | 长度小于等于63字节的字节数组 |
| 01xxxxxx yyyyyyyy | 2字节 | 长度小于等于16383字节的字节数组 |
| 10______ xxxxxxxx yyyyyyyy zzzzzzzz aaaaaaaa | 5字节 | 长度小于等于4294967295字节的字节数组 |
整数编码
| 编码 | 编码长度 | content属性保存的值 |
|---|---|---|
| 11000000 | 1字节 | int16_t类型的整数 |
| 11010000 | 1字节 | int32_t类型的整数 |
| 11100000 | 1字节 | int64_t类型的整数 |
| 11110000 | 1字节 | 24位有符号整数 |
| 11111110 | 1字节 | 8位有符号整数 |
| 1111xxxx | 1字节 | 使用这一编码的节点没有相应的content属性，因为编码本身的xxxx四个位已经保存了一个介于0-12的值，所以它无须content属性 |
content
节点的content属性负责保存节点的值，节点值可以是一个字节数组或整数，值的类型和长度由节点的encoding属性决定。例如：
| previous_entry_length | encoding | content |
|---|---|---|
| xxx | 00001011 | “hello world” |
- 编码最高位00表示节点保存的是一个字节数组
- 编码后六位001011记录了字节数组长度为11
- content属性保存了节点值字符串
连锁更新
前面说过，每个节点的previous_entry_length属性都记录了前一个节点的长度，现在考虑这样一种情况，在一个压缩列表中，又多个连续的、长度介于250字节到253字节之间的节点e1至eN
| zlbytes | zltail | zllen | entry1 | entry2 | … | entryN | zlend |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
因为e1至eN所有节点的长度都小于254字节，所以记录这些节点的长度只需要1字节长的previous_entry_length属性，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
| zlbytes | zltail | zllen | new-entry | entry1 | … | entryN | zlend |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
因为e1的previous_entry_length属性仅长1字节，无法保存新节点的长度，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字节扩展为5字节。现在，问题来了，e1之前介于250字节到253字节，现在新增四个字节，e1长度必定大于254字节，因此e2也保存不下，得再次对压缩列表执行空间重分配操作，正如e1引发了e2的扩展，e2也会引发e3的扩展……直到eN为止。
Redis将这种在特殊情况下产生的连续多次空间扩展操作称之为“连锁更新(cascade)”，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(如下，删除small节点，entry1会扩展为5字节）。
| zlbytes | zltail | zllen | big(大于254) | small(小于254) | entry1 | … | entryN | zlend |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
因为连锁更新在最坏的情况下需要对压缩列表执行N次空间重分配操作，二每次空间重分配最坏的复杂度为O(N)(即从entry1开始分配)，所以连锁更新最坏复杂度为O(N^2)，即压缩列表的很多API最坏复杂度为O(N^2)，如ziplistPush等。但是尽管连锁更新的复杂度较高，但是可能性几率不大，或者节点数少也不会造成太大性能问题。
总结
- 压缩列表是一种为节约内存而开发的顺序性数据结构
- 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