[TOC] ## **什么是压缩列表** 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，并且每个列表项要么就是小整数值，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。 示例： ``` redis> RPUSH lst 1 3 5 10086 "hello" "world" (integer)6 redis> OBJECT ENCODING lst "ziplist" ``` 列表键里面包含的都是1、3、5、10086这样的小整数值，以及"hello"、"world"这样的短字符串 当一个哈希键只包含少量键值对，比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 redis> OBJECT ENCODING profile "ziplist" ``` **哈希键里面包含的所有键和值都是小整数值或者短字符串** ` ` ## **压缩列表的原理** ### **压缩列表的构成** 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。 ` ` 记录了各个组成部分的类型、长度以及用途  ` ` 压缩列表示例：  * 列表zlbytes属性的值为0xd2（十进制210），表示压缩列表的总长为210字节。 * 列表zltail属性的值为0xb3（十进制179），这表示如果我们有一个指向压缩列表起始地址的指针p，那么只要用指针p加上偏移量179，就可以计算出表尾节点entry5的地址。 * 列表zllen属性的值为0x5（十进制5），表示压缩列表包含五个节点。 ### **压缩列表节点的构成** 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** 字节数组可以是以下三种长度的其中一种： * 长度小于等于63（26–1）字节的字节数组； * 长度小于等于16383（214–1）字节的字节数组； * 长度小于等于4294967295（232–1）字节的字节数组； ` ` 整数值则可以是以下六种长度的其中一种： * 4位长，介于0至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属性以字节为单位，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：前一节点的长度就保存在这一个字节里面。 ` ` 示例：包含一字节长previous\_entry\_length属性的压缩列表节点，属性的值为0x05，表示前一节点的长度为5字节  ` ` * 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。 ` ` 示例：包含五字节长previous\_entry\_length属性的压缩节点，属性的值为0xFE00002766，其中值的最高位字节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。  ` ` **计算前一个指针的起始地址** 节点的previous\_entry\_length属性记录了前一个节点的长度，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。 ` ` 示例： 如果我们有一个指向当前节点起始地址的指针c，那么我们只要用指针c减去当前节点previous\_entry\_length属性的值，就可以得出一个指向前一个节点起始地址的指针p：  >**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，只要我们拥有了一个指向某个节点起始地址的指针，那么通过这个指针以及这个节点的previous\_entry\_length属性，程序就可以一直向前一个节点回溯，最终到达压缩列表的表头节点。  ` ` ### **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； ` ` 所有可用的字节数组编码+所有可用的整数编码:  >表格中的下划线“\_”表示留空，而b、x等变量则代表实际的二进制数据，为了方便阅读，多个字节之间用空格隔开。 ` ` ### **content** 节点的content属性负责**保存节点的值**，节点值可以是**一个字节数组或者整数**，值的类型和长度由节点的encoding属性决定。 示例1：  * 编码的最高两位00表示节点保存的是一个字节数组； * 编码的后六位001011记录了字节数组的长度11； * content属性保存着节点的值"hello world" ` ` 示例2：  * 编码11000000表示节点保存的是一个int16\_t类型的整数值； * content属性保存着节点的值10086。 ` ` ### **连锁更新** 每个节点的previous\_entry\_length属性都记录了前一个节点的长度： * 如果前一节点的长度小于254字节，那么previous\_entry\_length属性需要用1字节长的空间来保存这个长度值。 * 如果前一节点的长度大于等于254字节，那么previous\_entry\_length属性需要用5字节长的空间来保存这个长度值。 ` ` #### **插入节点造成的连锁更新** 考虑这样一种情况：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  因为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长度只需要1字节长的previous\_entry\_length属性，换句话说，**e1至eN的所有节点的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**。 * 正如扩展e1引发了对e2的扩展一样，扩展e2也会引发对e3的扩展，而扩展e3又会引发对e4的扩展……为了让每个节点的previous\_entry\_length属性都符合压缩列表对节点的要求，程序需要不断地对压缩列表执行空间重分配操作，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” 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。 ` `  ` ` #### **删除节点造成的连锁更新** 如果e1至eN都是大小介于250字节至253字节的节点，big节点的长度大于等于254字节（需要5字节的previous\_entry\_length来保存），而small节点的长度小于254字节（只需要1字节的previous\_entry\_length来保存），那么当我们将small节点从压缩列表中删除之后，为了让e1的previous\_entry\_length属性可以记录big节点的长度，程序将扩展e1的空间，并由此引发之后的连锁更新。 ` ` #### **连锁更新时间复杂度** 因为连锁更新在最坏情况下需要对压缩列表执行N次空间重分配操作，而每次空间重分配的最坏**复杂度为O（N）**，所以连锁更新的**最坏复杂度为O（N2）**。 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： * 压缩列表里要恰好有多个连续的、长度介于250字节至253字节之间的节点，连锁更新才有可能被引发，在实际中，这种情况并不多见； * 即使出现连锁更新，但只要被更新的节点数量不多，就不会对性能造成任何影响：比如说，对三五个节点进行连锁更新是绝对不会影响性能的； >ziplistPush等命令的**平均复杂度仅为O（N）** ` ` ## **压缩列表重点** * 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。