连锁更新

前面说过,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。

现在,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 e1eN ,如图 7-11 所示。

digraph { label = "\n 图 7-11 包含节点 e1 至 eN 的压缩列表"; node [shape = record]; ziplist [label = " zlbytes| zltail | zllen | e1 | e2 | e3 | ... | eN | zlend "];}

因为 e1eN 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,e1eN 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,如图 7-12 所示。

digraph { label = "\n 图 7-12 添加新节点到压缩列表"; rankdir = BT; node [shape = record]; ziplist [label = " zlbytes | zltail | zllen | <new> new | e1 | e2 | e3 | ... | eN | zlend "]; p [label = "添加新节点", shape = plaintext]; p -> ziplist:new;}

因为 e1previous_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 e2previous_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”(cascade update),图 7-13 展示了这一过程。

digraph { rankdir = BT; node [shape = record]; ziplist [label = " zlbytes | zltail | zllen | <new> new | <e1> e1 | <e2> e2 | <e3> e3 | ... | <en> eN | zlend "]; p [label = "扩展 e1 \n并引发对 e2 的扩展", shape = plaintext]; p -> ziplist:e1;}

digraph { rankdir = BT; node [shape = record]; ziplist [label = " zlbytes | zltail | zllen | <new> new | <e1> e1 | <e2> e2 | <e3> e3 | ... | <en> eN | zlend "]; p [label = "扩展 e2 \n并引发对 e3 的扩展", shape = plaintext]; p -> ziplist:e2;}

digraph { rankdir = BT; node [shape = record]; ziplist [label = " zlbytes | zltail | zllen | <new> new | <e1> e1 | <e2> e2 | <e3> e3 | ... | <en> eN | zlend "]; p [label = "扩展 e3 \n并引发对 e4 的扩展", shape = plaintext]; p -> ziplist:e3;}

digraph { rankdir = BT; node [shape = record]; ziplist [label = " zlbytes | zltail | zllen | <new> new | <e1> e1 | <e2> e2 | <e3> e3 | <more> ... | <en> eN | zlend "]; p [label = "一直扩展下去……", shape = plaintext]; p -> ziplist:more;}

digraph { label = "\n 图 7-13 连锁更新过程"; rankdir = BT; node [shape = record]; ziplist [label = " zlbytes | zltail | zllen | <new> new | <e1> e1 | <e2> e2 | <e3> e3 | <e4> e4 | ... | <en> eN | zlend "]; p [label = "为 eN-1 扩展 eN 的 previous_entry_length 属性 \n 连锁更新到此结束", shape = plaintext]; p -> ziplist:eN;}

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。

考虑图 7-14 所示的压缩列表,如果 e1eN 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 e1previous_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。

digraph { label = "\n 图 7-14 另一种引起连锁更新的情况"; rankdir = BT; node [shape = record]; ziplist [label = " zlbytes| zltail | zllen | big | <small> small | e1 | e2 | e3 | ... | eN | zlend "]; node [shape = plaintext]; p [label = "删去 small 节点将引发连锁更新"]; p -> ziplist:small;}

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(N^2) 。

要注意的是,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:

  • 首先,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;
  • 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;

因为以上原因,ziplistPush 等命令的平均复杂度仅为 O(N) ,在实际中,我们可以放心地使用这些函数,而不必担心连锁更新会影响压缩列表的性能。