一、Redis 数据结构的核心设计
Redis 的 数据类型（对象） 与 底层数据结构 是解耦的，同一数据类型在不同场景下可能采用不同的底层结构。例如，List 类型在元素较少时使用压缩列表（ZipList），元素较多时则切换为双向链表或 QuickList。
二、核心数据结构与底层实现
| 数据类型 | 底层数据结构 | 关键特性 |
|---|---|---|
| String | - SDS（simple dynamic string, 简单动态字符串） - 整数（直接存储数值） | - SDS 支持预分配和惰性释放，避免频繁内存操作 - 最大长度 512MB，二进制安全（可存储图片等二进制数据） |
| List | - ZipList（压缩列表）（元素少时） - LinkedList（双向链表）（Redis 3.0前） - QuickList（3.2+，链表+ZipList组合） - ListPack（最新版替代 ZipList） | - QuickList 结合链表和ZipList优势，减少内存碎片 - ListPack 解决 ZipList 级联更新问题，提升性能 |
| Hash | - ZipList（字段少且值小时） - HashTable（哈希表）（默认） | - 哈希表采用链地址法解决冲突，渐进式 Rehash 避免阻塞 - 压缩列表存储时字段和值连续排列，节省内存 |
| Set | - IntSet（整数集合）（全为整数时） - HashTable（其他情况） | - IntSet 自动升级存储类型（int16 → int32 → int64） - 哈希表值固定为 NULL，仅用键存储元素 |
| ZSet | - ZipList（元素少时） - SkipList（跳表） + HashTable（元素多时） | - 跳表支持 O(logN) 范围查询，哈希表实现 O(1) 单元素访问 - 元素按分值排序，支持排行榜等场景 |
三、底层数据结构详解
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SDS（简单动态字符串）
- 结构：
len（长度）、free（剩余空间）、buf[]（数据） - 优势：
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常数复杂度获取长度（
strlen直接读len）。 -
避免缓冲区溢出（自动扩容）。
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支持二进制安全（允许
\0作为内容）。上述优势都是 c 语言 字符数组不具备的。
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- 结构：
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ZipList（压缩列表）
- 应用场景：List、Hash、ZSet 的小数据存储。
- 结构：连续内存块，元素由
prev_len（前驱节点长度）、encoding（编码类型）、content（数据）组成。 - 缺点：级联更新问题（某一节点扩展导致后续节点
prev_len连锁更新）。
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QuickList
- 改进ZipList：降低级联更新影响，将一整个ZipList（压缩列表）拆分为多个ZipList；尽可能缩小级联更新范围；
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ListPack
- 改进ZipList：ZipList级联更新罪魁祸首就是
prev_len（前驱节点长度）；所以 ListPack 去掉了这个前面节点长度的字段，改为记录当前节点的长度，当我们向 ListPack 加入一个新元素的时候，不会影响其他节点的长度字段的变化，从而避免了压缩列表的连锁更新问题。
- 改进ZipList：ZipList级联更新罪魁祸首就是
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SkipList（跳表）
- 核心逻辑：多层索引加速查找，节点随机层高（基于幂次定律）。
- 优势：支持高效范围查询（如 ZRANGE），复杂度 O(logN)。
- 结构：每个节点包含
score（分值）、backward（后退指针）、level[]（层级数组）。
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HashTable（哈希表）
- 渐进式 Rehash：扩容时同时操作新旧哈希表，避免单次 Rehash 阻塞服务。
- 冲突解决：链地址法（头插法），哈希函数为 SipHash。
四、版本演进与优化
- Redis 3.0 → 3.2：List 从 ZipList/LinkedList 改为 QuickList（减少内存碎片）。
- Redis 5.0+：废弃 ZipList，引入 ListPack（解决级联更新问题）。
- Redis 7.0：默认使用 ListPack 作为 Hash 和 ZSet 的底层结构。
五、性能优化建议
- 控制数据规模：
- Hash/Set/ZSet 元素较少时优先使用压缩结构（ZipList/ListPack），减少内存占用。
- 避免大 Key：
- String 类型 Value 不超过 10KB，Hash/List 元素数量控制在 1000 以内。
- 合理选择数据类型：
- 频繁范围查询 → ZSet（SkipList）
- 高性能计数 → String（INCR/DECR）
- 去重存储 → Set（IntSet/HashTable）
六、高频面试题
- 为什么 ZSet 同时使用跳表和哈希表？
- 跳表支持范围查询，哈希表实现 O(1) 单元素访问，两者互补。
- Redis 如何解决哈希冲突？
- 链地址法，哈希桶 + 链表结构，新元素插入链表头部。
- ListPack 如何优化 ZipList 的缺陷？
- 取消
prev_len字段，通过固定长度编码避免级联更新。
- 取消
扩展阅读：
- Redis 源码解析：SDS 实现原理
