Redis-radix-tree源码解析

Redis 实现了不定长压缩前缀的 radix tree，用在集群模式下存储 slot 对应的的所有 key 信息。本文将详述在 Redis 中如何实现 radix tree。

核心数据结构

raxNode 是 radix tree 的核心数据结构，其结构体如下代码所示：

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

• iskey：表示这个节点是否包含 key

  • 0：没有 key
  • 1：表示从头部到其父节点的路径完整的存储了 key，查找的时候按子节点 iskey= 1 来判断 key 是否存在
• isnull：是否有存储 value 值，比如存储元数据就只有 key，没有 value 值。value 值也是存储在 data 中
• iscompr：是否有前缀压缩，决定了 data 存储的数据结构
• size：该节点存储的字符个数
• data：存储子节点的信息
• • iscompr=0：非压缩模式下，数据格式是：[header strlen=0][abc][a-ptr][b-ptr][c-ptr](value-ptr?)，有 size 个字符，紧跟着是 size 个指针，指向每个字符对应的下一个节点。size 个字符之间互相没有路径联系。
  • iscompr=1：压缩模式下，数据格式是：[header strlen=3][xyz][z-ptr](value-ptr?)，只有一个指针，指向下一个节点。size 个字符是压缩字符片段

Rax Insert

以下用几个示例来详解 rax tree 插入的流程。假设 j 是遍历已有节点的游标，i 是遍历新增节点的游标。

场景一：只插入 abcd

z-ptr 指向的叶子节点 iskey=1，使用了压缩前缀。

场景二：在 abcd 之后插入 abcdef

从 abcd 父节点的每个压缩前缀字符比较，遍历完所有 abcd 节点后指向了其空子节点，j = 0，i < len(abcded)。
查找到 abcd 的空子节点，直接将 ef 赋值到子节点上，成为 abcd 的子节点。ef 节点被标记为 iskey=1，用来标识 abcd 这个 key。ef 节点下再创建一个空子节点，iskey= 1 来表示 abcdef 这个 key。

场景三：在 abcd 之后插入 ab

ab 在 abcd 能找到前两位的前缀，也就是 i =len(ab)，j < len(abcd)。
将 abcd 分割成 ab 和 cd 两个子节点，cd 也是一个压缩前缀节点，cd 同时被标记为 iskey=1，来表示 ab 这个 key。
cd 下挂着一个空子节点，来标记 abcd 这个 key。

场景四：在 abcd 之后插入 abABC

abcABC 在 abcd 中只找到了 ab 这个前缀，即 i < len(abcABC)，j < len(abcd)。这个步骤有点复杂，分解一下：

• step 1：将 abcd 从 ab 之后拆分，拆分成 ab、c、d 三个节点。
• step 2：c 节点是一个非压缩的节点，c 挂在 ab 子节点上。
• step 3：d 节点只有一个字符，所以也是一个非压缩节点，挂在 c 子节点上。
• step 4：将 ABC 拆分成了 A 和 BC，A 挂在 ab 子节点上，和 c 节点属于同一个节点，这样 A 就和 c 同属于父节点 ab。
• step 5：将 BC 作为一个压缩前缀的节点，挂在 A 子节点下。
• step 6：d 节点和 BC 节点都挂一个空子节点分别标识 abcd 和 abcABC 这两个 key。

场景五：在 abcd 之后插入 Aabc

abcd 和 Aabc 没有前缀匹配，i = 0，j = 0。
将 abcd 拆分成 a、bcd 两个节点，a 节点是一个非压缩前缀节点。
将 Aabc 拆分成 A、abc 两个节点，A 节点也是一个非压缩前缀节点。
将 A 节点挂在和 a 相同的父节点上。
同上，在 bcd 和 abc 这两个节点下挂空子节点来分别表示两个 key。

Rax Remove

删除

删除一个 key 的流程比较简单，找到 iskey 的节点后，向上遍历父节点删除非 iskey 的节点。如果是非压缩的父节点并且 size > 1，表示还有其他非相关的路径存在，则需要按删除子节点的模式去处理这个父节点，主要是做 memove 和 realloc。

合并

删除一个 key 之后需要尝试做一些合并，以收敛树的高度。
合并的条件是：

• iskey= 1 的节点不能合并
• 子节点只有一个字符
• 父节点只有一个子节点（如果父节点是压缩前缀的节点，那么只有一个子节点，满足条件。如果父节点是非压缩前缀的节点，那么只能有一个字符路径才能满足条件）

结束语

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本文作者：羽洵

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