数据库内核月报 － 2019 / 04

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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