Redis實現了不定長壓縮前綴的radix tree，用在集群模式下存儲slot對應的的所有key信息。本文將詳述在Redis中如何實現radix tree。

核心數據結構

raxNode是radix tree的核心數據結構，其結構體如下代碼所示：

typedef struct raxNode {
uint32_t iskey:1;
uint32_t isnull:1;
uint32_t iscompr:1;
uint32_t size:29;
unsigned char data[];
} raxNode;

  • iskey：表示這個節點是否包含key
    • 0：沒有key
    • 1：表示從頭部到其父節點的路徑完整的存儲了key，查找的時候按子節點iskey=1來判斷key是否存在

  • isnull：是否有存儲value值，比如存儲元數據就只有key，沒有value值。value值也是存儲在data中
  • iscompr：是否有前綴壓縮，決定了data存儲的數據結構
  • size：該節點存儲的字元個數
  • data：存儲子節點的信息
    • iscompr=0：非壓縮模式下，數據格式是：[header strlen=0][abc][a-ptr][b-ptr][c-ptr](value-ptr?)，有size個字元，緊跟著是size個指針，指向每個字元對應的下一個節點。size個字元之間互相沒有路徑聯繫。
    • iscompr=1：壓縮模式下，數據格式是：[header strlen=3][xyz][z-ptr](value-ptr?)，只有一個指針，指向下一個節點。size個字元是壓縮字元片段

Rax Insert

以下用幾個示例來詳解rax tree插入的流程。假設j是遍歷已有節點的游標，i是遍歷新增節點的游標。

場景一：只插入abcd

z-ptr指向的葉子節點iskey=1，使用了壓縮前綴。

場景二：在abcd之後插入abcdef

從abcd父節點的每個壓縮前綴字元比較，遍歷完所有abcd節點後指向了其空子節點，j = 0， i < len(abcded)。

查找到abcd的空子節點，直接將ef賦值到子節點上，成為abcd的子節點。ef節點被標記為iskey=1，用來標識abcd這個key。ef節點下再創建一個空子節點，iskey=1來表示abcdef這個key。

場景三：在abcd之後插入ab

ab在abcd能找到前兩位的前綴，也就是i=len(ab)，j < len(abcd)。

將abcd分割成ab和cd兩個子節點，cd也是一個壓縮前綴節點，cd同時被標記為iskey=1，來表示ab這個key。

cd下掛著一個空子節點，來標記abcd這個key。

場景四：在abcd之後插入abABC

abcABC在abcd中只找到了ab這個前綴，即i < len(abcABC)，j < len(abcd)。這個步驟有點複雜，分解一下：

  • step 1：將abcd從ab之後拆分，拆分成ab、c、d 三個節點。
  • step 2：c節點是一個非壓縮的節點，c掛在ab子節點上。
  • step 3：d節點只有一個字元，所以也是一個非壓縮節點，掛在c子節點上。
  • step 4：將ABC 拆分成了A和BC， A掛在ab子節點上，和c節點屬於同一個節點，這樣A就和c同屬於父節點ab。
  • step 5：將BC作為一個壓縮前綴的節點，掛在A子節點下。
  • step 6：d節點和BC節點都掛一個空子節點分別標識abcd和abcABC這兩個key。

場景五：在abcd之後插入Aabc

abcd和Aabc沒有前綴匹配，i = 0，j = 0。

將abcd拆分成a、bcd兩個節點，a節點是一個非壓縮前綴節點。

將Aabc拆分成A、abc兩個節點，A節點也是一個非壓縮前綴節點。

將A節點掛在和a相同的父節點上。

同上，在bcd和abc這兩個節點下掛空子節點來分別表示兩個key。

Rax Remove

刪除

刪除一個key的流程比較簡單，找到iskey的節點後，向上遍歷父節點刪除非iskey的節點。如果是非壓縮的父節點並且size > 1，表示還有其他非相關的路徑存在，則需要按刪除子節點的模式去處理這個父節點，主要是做memove和realloc。

合併

刪除一個key之後需要嘗試做一些合併，以收斂樹的高度。

合併的條件是：
  • iskey=1的節點不能合併
  • 子節點只有一個字元
  • 父節點只有一個子節點（如果父節點是壓縮前綴的節點，那麼只有一個子節點，滿足條件。如果父節點是非壓縮前綴的節點，那麼只能有一個字元路徑才能滿足條件）

結束語

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本文作者：羽洵

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