深刻學習Redis（六），基本類型【ZSet】剖析

時間 2019-11-07

標籤深刻學習 redis 基本類型 ZSet 剖析欄目 Redis 简体版

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本文咱們要剖析的基本類型是ZSet，下面咱們將深刻源碼剖析Redis中ZSet的實現。php

ZSet 有序集合

存儲類型

一、sorted set，有序的 set，每一個元素有個 score。java

二、score 相同時，按照 key 的 ASCII 碼排序。

數據結構對比

操做命令

添加元素

zadd myzset 10 java 20 php 30 ruby 40 cpp 50 python複製代碼

獲取所有元素

zrange myzset 0 -1 withscoreszrevrange myzset 0 -1 withscores複製代碼

根據分值區間獲取元素

zrangebyscore myzset 20 30複製代碼

移除元素，也能夠根據 score rank 刪除

zrem myzset php cpp複製代碼

統計元素個數

zcard myzset複製代碼

分值遞增

zincrby myzset 5 python複製代碼

根據分值統計個數

zcount myzset 20 60複製代碼

獲取元素 rank

zrank myzset java複製代碼

獲取元素 score

zsocre myzset java複製代碼

也有倒序的 rev 操做（reverse）

存儲（實現）原理

同時知足如下條件時使用 ziplist 編碼：python

一、元素數量小於 128 個redis

二、全部 member 的長度都小於 64 字節算法

在 ziplist 的內部，按照 score 排序遞增來存儲。插入的時候要移動以後的數據。

對應 redis.conf 參數：數組

超過閾值以後，使用 skiplist+dict 存儲。

問題一、什麼是 skiplist？

咱們先來看一下有序鏈表：

在這樣一個鏈表中，若是咱們要查找某個數據，那麼須要從頭開始逐個進行比較，直到找到包含數據的那個節點，或者找到第一個比給定數據大的節點爲止（沒找到）。ruby

也就是說，時間複雜度爲 O(n)。一樣，當咱們要插入新數據的時候，也要經歷一樣的查找過程，從而肯定插入位置。bash

而二分查找法只適用於有序數組，不適用於鏈表。數據結構

假如咱們每相鄰兩個節點增長一個指針（或者理解爲有三個元素進入了第二層），讓指針指向下下個節點。dom

這樣全部新增長的指針連成了一個新的鏈表，但它包含的節點個數只有原來的一半（上圖中是 7, 19, 26）。在插入一個數據的時候，決定要放到那一層，取決於一個算法（在 redis 中 t_zset.c 有一個 zslRandomLevel 這個方法）。

如今當咱們想查找數據的時候，能夠先沿着這個新鏈表進行查找。當碰到比待查數據大的節點時，再回到原來的鏈表中的下一層進行查找。好比，咱們想查找 23，查找的路徑是沿着下圖中標紅的指針所指向的方向進行的：

1. 23 首先和 7 比較，再和 19 比較，比它們都大，繼續向後比較。

2. 但 23 和 26 比較的時候，比 26 要小，所以回到下面的鏈表（原鏈表），與 22比較。

3. 23 比 22 要大，沿下面的指針繼續向後和 26 比較。23 比 26 小，說明待查數據 23 在原鏈表中不存在。

在這個查找過程當中，因爲新增長的指針，咱們再也不須要與鏈表中每一個節點逐個進行比較了。須要比較的節點數大概只有原來的一半。這就是跳躍表。

爲何不用 AVL 樹或者紅黑樹？由於 skiplist 更加簡潔。

源碼展現以下：

typedef struct zskiplistNode {
sds ele; /* zset 的元素 */
double score; /* 分值 */
struct zskiplistNode *backward; /* 後退指針 */
struct zskiplistLevel {
struct zskiplistNode *forward; /* 前進指針， 對應 level 的下一個節點 */
unsigned long span; /* 從當前節點到下一個節點的跨度（跨越的節點數） */
} level[]; /* 層 */
} zskiplistNode;

typedef struct zskiplist {
struct zskiplistNode *header, *tail; /* 指向跳躍表的頭結點和尾節點 */
unsigned long length; /* 跳躍表的節點數 */
int level; /* 最大的層數 */
} zskiplist;

typedef struct zset {
dict *dict;
zskiplist *zsl;
} zset;

複製代碼

隨機獲取層數的函數（源碼）：

int zslRandomLevel(void) {
  int level = 1;
  while ((random()&0xFFFF) < (ZSKIPLIST_P * 0xFFFF))
  level += 1;
  return (level<ZSKIPLIST_MAXLEVEL) ? level : ZSKIPLIST_MAXLEVEL;
}複製代碼