深入学习Redis( 六),基本类型【ZSet】剖析

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本文我们要剖析的基本类型是ZSet,下面我们将深入源码剖析Redis中ZSet的实现。

ZSet 有序集合

存储类型

1、sorted set,有序的 set,每个元素有个 score。

2、score 相同时,按照 key 的 ASCII 码排序。

数据结构对比

操作命令

添加元素

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

获取全部元素

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,也可以根据 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 操作(reverse)

存储( 实现) 原理

同时满足以下条件时使用 ziplist 编码:

1、元素数量小于 128 个

2、所有 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。插入的时候要移动之后的数据。

对应 redis.conf 参数:

超过阈值之后,使用 skiplist+dict 存储。

问题1、什么是 skiplist?

我们先来看一下有序链表:

在这样一个链表中,如果我们要查找某个数据,那么需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)。同样,当我们要插入新数据的时候,也要经历同样的查找过程,从而确定插入位置。

而二分查找法只适用于有序数组,不适用于链表。

假如我们每相邻两个节点增加一个指针(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。

这样所有新增加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)。

现在当我们想查找数据的时候,可以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。比如,我们想查找 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,因此回到下面的链表(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。

在这个查找过程中,由于新增加的指针,我们不再需要与链表中每个节点逐个进行比较了。需要比较的节点数大概只有原来的一半。这就是跳跃表。

为什么不用 AVL 树或者红黑树?因为 skiplist 更加简洁。

源码展示如下:

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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阅读 93更新于 10月24日
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