压缩列表
1. 压缩列表的构成
压缩列表是Redis为了节约内存而开发，是由一系列特殊编码的连续内存块组成的顺序型数据结构。
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。
下图展示了压缩列表的各个组成部分。
压缩列表各个组成部分的详细说明：
| 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：在对压缩列表进行内存重分配，或者计算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 | uint16_t | 2字节 | 记录压缩列表包含的节点数量：当这个属性的值小于UINT16_MAX(65536)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UINT16_MAX(65536)时，节点的真实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 |
下面是包含三个节点的压缩列表示例：
上图中：
- zlbytes：0x50 = 80，表示压缩列表总长为80字节。
- zltail：0x3c = 60，可以计算表尾节点entry3的地址。
- zllen：0x3 = 3，表示压缩列表包含3个节点。
2. 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（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。
整数值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。如下图所示。
-
previous_entry_length
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254），之后的四个字节用于保存前一节点的长度。
通过指针运算，可以根据当前节点的起始地址计算出前一个节点的起始地址。
-
encoding
节点的encoding属性记录了节点的content属性所保存数据的类型和长度：
- 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。
下图是encoding格式，下划线"_"表示留空。
encoding格式 -
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。
下面是一个保存着字节数组"hello world"的节点。
保存字节数组hello world的节点
3. 连锁更新
连锁更新：
- 添加新节点时发生。有一个压缩列表，其中的节点e1到eN，长度都介于250字节到253字节之间。如果添加一个长度大于等于254的新节点new到e1之前，那么e1的previous_entry_length属性从原来的1字节扩展为5字节，然后e2的previous_entry_length也会由于e1扩展了也扩展为5字节，依次类推，直到eN。
- 删除节点时发生。有一个压缩列表，其中的节点排序为big、small、e1、e2、...eN。big节点长度大于等于254字节，small节点长度小于254字节，e1到eN都是大小介于250到253字节的节点。当删除small节点后，为了让e1的previous_entry_length属性可以记录big节点的长度，将扩展e1空间，并引发连锁更新。
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(N^2)。
尽管连锁更新的的复杂度较高，但它真正造成性能问题的几率是很低的：
- 首先，压缩列表里要恰好有多个连续的、长度介于250到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。
- 其次，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。
因此，ziplistPush等命令的平均复杂度仅为O(N)，在实际中，可以放心使用这些函数，不必担心连锁更新会影响压缩列表的性能。
4. 压缩列表API
| 函数 | 作用 | 时间复杂度 |
|---|---|---|
| ziplistNew | 创建一个新的压缩列表 | O(1) |
| ziplistPush | 创建一个包含给定值的新节点，并将这个新节点添加到压缩列表的表头或者表尾 | 平均O(N)，最坏O(N^2) |
| ziplistInsert | 将包含给定值的新节点插入到给定节点之后 | 平均O(N)，最坏O(N^2) |
| ziplistIndex | 返回压缩列表给定索引上的节点 | O(N) |
| ziplistFind | 在压缩列表里查找并返回包含了给定值的节点 | 因为节点的值可能是一个字节数组，所以检查节点值和给定值是否相同的复杂度为O(N)，而查找整个列表的复杂度则为O(N^2) |
| ziplistNext | 返回给定节点的下一个节点 | O(1) |
| ziplistPrev | 返回给定节点的前一个节点 | O(1) |
| ziplistGet | 获取给定节点所保存的值 | O(1) |
| ziplistDelete | 从压缩列表中删除给定的节点 | 平均O(N)，最坏O(N^2) |
| ziplistDeleteRange | 删除压缩列表在给定索引上的连续多个节点 | 平均O(N)，最坏O(N^2) |
| ziplistrawLen | 返回压缩列表目前占用的内存字节数 | O(1) |
| ziplistLen | 返回压缩列表目前包含的节点数量 | 节点数量小于65535时为O(1)，大于65535时为O(N) |
ziplistPush、ziplistInsert、ziplistDelete、ziplistDeleteRange四个函数都有可能引发连锁更新，所以它们的最坏复杂度都为O(N^2)。
