《閒扯Redis十一》Redis 有序集合物件底層實現
阿新 • • 發佈：2020-09-09
## 一、前言
>**Redis** 提供了5種資料型別：String（字串）、Hash（雜湊）、List（列表）、Set（集合）、Zset（有序集合），理解每種資料型別的特點對於redis的開發和運維非常重要。
![Redis五種資料型別][2] ![Redis五種資料型別][3]
### 跳躍表和字典方式
skiplist 編碼的有序集合物件使用 zset 結構作為底層實現， 一個 zset 結構同時包含一個字典和一個跳躍表：
```java
typedef struct zset {
zskiplist *zsl;
dict *dict;
} zset;
```
> ![Redis五種資料型別][4] ![Redis五種資料型別][5]
**注意:**
為了展示方便， 圖 8-17 在字典和跳躍表中重複展示了各個元素的成員和分值， 但在實際中， 字典和跳躍表會共享元素的成員和分值， 所以並不會造成任何資料重複， 也不會因此而浪費任何記憶體。
## 四、編碼轉換
>當有序集合物件可以同時滿足以下兩個條件時， 物件使用 ziplist 編碼：
>1.有序集合儲存的元素數量小於 128 個；
2.有序集合儲存的所有元素成員的長度都小於 64 位元組；
>不能滿足以上兩個條件的有序集合物件將使用 skiplist 編碼。
**注意:**
以上兩個條件的上限值是可以修改的， 具體請看配置檔案中關於 zset-max-ziplist-entries 選項和 zset-max-ziplist-value 選項的說明。對於使用 ziplist 編碼的有序集合物件來說， 當使用 ziplist 編碼所需的兩個條件中的任意一個不能被滿足時， 程式就會執行編碼轉換操作， 將原本儲存在壓縮列表裡面的所有集合元素轉移到 zset 結構裡面， 並將物件的編碼從 ziplist 改為 skiplist 。
1.以下情況展示了有序集合物件因為包含了過多元素而引發編碼轉換：
```java
# 物件包含了 128 個元素
redis> EVAL "for i=1, 128 do redis.call('ZADD', KEYS[1], i, i) end" 1 numbers
(nil)
redis> ZCARD numbers
(integer) 128
redis> OBJECT ENCODING numbers
"ziplist"
# 再新增一個新元素
redis> ZADD numbers 3.14 pi
(integer) 1
# 物件包含的元素數量變為 129 個
redis> ZCARD numbers
(integer) 129
# 編碼已改變
redis> OBJECT ENCODING numbers
"skiplist"
```
2.以下情況展示了有序集合物件因為元素的成員過長而引發編碼轉換：
```java
# 向有序集合新增一個成員只有三位元組長的元素
redis> ZADD blah 1.0 www
(integer) 1
redis> OBJECT ENCODING blah
"ziplist"
# 向有序集合新增一個成員為 66 位元組長的元素
redis> ZADD blah 2.0 oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo
(integer) 1
# 編碼已改變
redis> OBJECT ENCODING blah
"skiplist"
```
## 五、要點總結
>1）有序集合的編碼可以是 ziplist 或者 skiplist。
>2）一個 zset 結構同時包含一個字典和一個跳躍表。
>3）zset 結構跳躍表和字典通過指標來共享相同元素的成員和分值。
>4）有序集合物件 ziplist 或者 skiplist編碼，符合條件時可發生編碼轉換。
over![Redis五種資料型別][6]
[1]: http://www.yund.tech/yund-cms//sys/common/view/files/20200402/list-2.png
[2]: http://www.yund.tech/yund-cms//sys/common/view/files/20200402/8-14.png
[3]: http://www.yund.tech/yund-cms//sys/common/view/files/20200402/8-15.png
[4]: http://www.yund.tech/yund-cms//sys/common/view/files/20200402/8-16.png
[5]: http://www.yund.tech/yund-cms//sys/common/view/files/20200402/8-17.png
[6]: http://www.yund.tech/yund-cms//sys/common/view/files/20200618/gzhm
原文解析
![Redis五種資料型別][1] **備註：** 本節中涉及到的跳躍表實現，已經在上節《閒扯Redis十》Redis 跳躍表的結構實現一文中詳情分析過，本文中將直接引用，不再贅述。 ## 二、命令實現 因為有序集合鍵的值為有序集合物件，所以用於有序集合鍵的所有命令都是針對有序集合物件來構建的。 |命令 |ziplist 編碼的實現方法 |zset 編碼的實現方法| | -------- | :---- | :---- | |ZADD |呼叫 ziplistInsert 函式， 將成員和分值作為兩個節點分別插入到壓縮列表。 |先呼叫 zslInsert 函式， 將新元素新增到跳躍表， 然後呼叫 dictAdd 函式， 將新元素關聯到字典。| |ZCARD |呼叫 ziplistLen 函式， 獲得壓縮列表包含節點的數量， 將這個數量除以 2 得出集合元素的數量。 |訪問跳躍表資料結構的 length 屬性， 直接返回集合元素的數量。| |ZCOUNT |遍歷壓縮列表， 統計分值在給定範圍內的節點的數量。 |遍歷跳躍表， 統計分值在給定範圍內的節點的數量。| |ZRANGE |從表頭向表尾遍歷壓縮列表， 返回給定索引範圍內的所有元素。 |從表頭向表尾遍歷跳躍表， 返回給定索引範圍內的所有元素。| |ZREVRANGE |從表尾向表頭遍歷壓縮列表， 返回給定索引範圍內的所有元素。 |從表尾向表頭遍歷跳躍表， 返回給定索引範圍內的所有元素。| |ZRANK |從表頭向表尾遍歷壓縮列表， 查詢給定的成員， 沿途記錄經過節點的數量， 當找到給定成員之後， 途經節點的數量就是該成員所對應元素的排名。 |從表頭向表尾遍歷跳躍表， 查詢給定的成員， 沿途記錄經過節點的數量， 當找到給定成員之後， 途經節點的數量就是該成員所對應元素的排名。| |ZREVRANK |從表尾向表頭遍歷壓縮列表， 查詢給定的成員， 沿途記錄經過節點的數量， 當找到給定成員之後， 途經節點的數量就是該成員所對應元素的排名。 |從表尾向表頭遍歷跳躍表， 查詢給定的成員， 沿途記錄經過節點的數量， 當找到給定成員之後， 途經節點的數量就是該成員所對應元素的排名。| |ZREM |遍歷壓縮列表， 刪除所有包含給定成員的節點， 以及被刪除成員節點旁邊的分值節點。 |遍歷跳躍表， 刪除所有包含了給定成員的跳躍表節點。 並在字典中解除被刪除元素的成員和分值的關聯。| |ZSCORE |遍歷壓縮列表， 查詢包含了給定成員的節點， 然後取出成員節點旁邊的分值節點儲存的元素分值。 |直接從字典中取出給定成員的分值。| ## 三、結構解析 由前文和上圖可知，有序集合的編碼可以是 ziplist 或者 skiplist 。ziplist 編碼的有序集合物件使用壓縮列表作為底層實現， 每個集合元素使用兩個緊挨在一起的壓縮列表節點來儲存， 第一個節點儲存元素的成員（member）， 而第二個元素則儲存元素的分值（score）。 ### 壓縮列表方式 壓縮列表內的集合元素按分值從小到大進行排序， 分值較小的元素被放置在靠近表頭的方向， 而分值較大的元素則被放置在靠近表尾的方向。 例如，如果我們執行以下 ZADD 命令， 那麼伺服器將建立一個有序集合物件作為 price 鍵的值： ```java redis>