Redis List底层数据结构揭秘：LinkedList、ZipList、QuickList

Redis底层数据结构——列表（list）的底层实现原理

Redis作为一款高性能的NoSQL数据库，在互联网行业中有着广泛的应用。其底层数据结构的多样性是其高性能的基础，而list作为其中一种重要的数据结构，在底层采用了LinkedList、ZipList和QuickList三种不同的实现方式，以满足不同场景下的性能要求。

LinkedList：基础且高效的列表实现

LinkedList是list最基础的实现方式，它将数据元素存储在连续的内存空间中，每个元素都包含指向下一个元素的指针。LinkedList具有以下特点：

• 插入和删除操作的时间复杂度为O(1)，因为只需要更新指针即可。
• 查找操作的时间复杂度为O(n)，因为需要遍历整个列表。
• 内存使用率高，因为每个元素都存储了指向下一个元素的指针。

LinkedList适用于数据量较小、对插入和删除操作要求较高的场景，例如，用作消息队列或FIFO队列。

ZipList：压缩存储和快速访问

ZipList是一种紧凑的列表存储方式，它将多个相邻的字符串元素存储在一个连续的内存块中，并使用一个字节数组来记录每个元素的长度。ZipList具有以下特点：

• 存储空间利用率高，因为没有额外的指针开销。
• 查找操作的时间复杂度为O(n)，因为需要遍历整个列表。
• 插入和删除操作的时间复杂度为O(n)，因为需要移动后面的元素。

ZipList适用于数据量较小、对空间利用率要求较高的场景，例如，用作缓存或计数器。

QuickList：高性能的列表实现

QuickList是一种高性能的列表实现方式，它将数据元素存储在多个子列表中，每个子列表都是一个ZipList。QuickList具有以下特点：

• 查找操作的时间复杂度为O(log n)，因为只需要遍历少数几个子列表。
• 插入和删除操作的时间复杂度为O(log n)，因为只需要更新少数几个子列表。
• 内存使用率较高，因为每个子列表都存储了指向下一个子列表的指针。

QuickList适用于数据量较大、对性能要求较高的场景，例如，用作索引或排行榜。

三种实现方式之间的转换

在实际应用中，Redis会根据list的长度、元素大小和操作模式来自动地在LinkedList、ZipList和QuickList之间进行转换，以实现最佳的性能。

• 当list的长度较小且元素大小较小时，Redis会使用LinkedList。
• 当list的长度较小但元素大小较大时，Redis会使用ZipList。
• 当list的长度较大且元素大小较小时，Redis会使用QuickList。

结语

Redis中list的底层数据结构的多样性是其高性能的基础。LinkedList、ZipList和QuickList这三种不同的实现方式各有优缺点，Redis会根据实际场景自动在它们之间进行转换，以实现最佳的性能。