深刻学习Redis（ 六），基本类型【ZSet】剖析

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本文咱们要剖析的基本类型是ZSet，下面咱们将深刻源码剖析Redis中ZSet的实现。

ZSet 有序集合

存储类型

一、sorted set，有序的 set，每一个元素有个 score。

二、score 相同时，按照 key 的 ASCII 码排序。

数据结构对比

操做命令

添加元素

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

获取所有元素

zrange myzset 0 -1 withscoreszrevrange myzset 0 -1 withscores

根据分值区间获取元素

zrangebyscore myzset 20 30

移除元素，也能够根据 score rank 删除

zrem myzset php cpp

统计元素个数

zcard myzset

分值递增

zincrby myzset 5 python

根据分值统计个数

zcount myzset 20 60

获取元素 rank

zrank myzset java

获取元素 score

zsocre myzset java

也有倒序的 rev 操做（reverse）

存储（ 实现） 原理

同时知足如下条件时使用 ziplist 编码：

一、元素数量小于 128 个

二、全部 member 的长度都小于 64 字节

在 ziplist 的内部，按照 score 排序递增来存储。插入的时候要移动以后的数据。

对应 redis.conf 参数：

超过阈值以后，使用 skiplist+dict 存储。

问题一、什么是 skiplist？

咱们先来看一下有序链表：

在这样一个链表中，若是咱们要查找某个数据，那么须要从头开始逐个进行比较，直到找到包含数据的那个节点，或者找到第一个比给定数据大的节点为止（没找到）。

也就是说，时间复杂度为 O(n)。一样，当咱们要插入新数据的时候，也要经历一样的查找过程，从而肯定插入位置。

而二分查找法只适用于有序数组，不适用于链表。

假如咱们每相邻两个节点增长一个指针（或者理解为有三个元素进入了第二层），让指针指向下下个节点。

这样全部新增长的指针连成了一个新的链表，但它包含的节点个数只有原来的一半（上图中是 7, 19, 26）。在插入一个数据的时候，决定要放到那一层，取决于一个算法（在 redis 中 t_zset.c 有一个 zslRandomLevel 这个方法）。

如今当咱们想查找数据的时候，能够先沿着这个新链表进行查找。当碰到比待查数据大的节点时，再回到原来的链表中的下一层进行查找。好比，咱们想查找 23，查找的路径是沿着下图中标红的指针所指向的方向进行的：

1. 23 首先和 7 比较，再和 19 比较，比它们都大，继续向后比较。

2. 但 23 和 26 比较的时候，比 26 要小，所以回到下面的链表（原链表），与 22比较。

3. 23 比 22 要大，沿下面的指针继续向后和 26 比较。23 比 26 小，说明待查数据 23 在原链表中不存在。

在这个查找过程当中，因为新增长的指针，咱们再也不须要与链表中每一个节点逐个进行比较了。须要比较的节点数大概只有原来的一半。这就是跳跃表。

为何不用 AVL 树或者红黑树？由于 skiplist 更加简洁。

源码展现以下：

typedef struct zskiplistNode {
sds ele; /* zset 的元素 */
double score; /* 分值 */
struct zskiplistNode *backward; /* 后退指针 */
struct zskiplistLevel {
struct zskiplistNode *forward; /* 前进指针， 对应 level 的下一个节点 */
unsigned long span; /* 从当前节点到下一个节点的跨度（跨越的节点数） */
} level[]; /* 层 */
} zskiplistNode;
​
typedef struct zskiplist {
struct zskiplistNode *header, *tail; /* 指向跳跃表的头结点和尾节点 */
unsigned long length; /* 跳跃表的节点数 */
int level; /* 最大的层数 */
} zskiplist;
​
typedef struct zset {
dict *dict;
zskiplist *zsl;
} zset;

复制代码

随机获取层数的函数（源码）：

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

应用场景

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