【Redis 系列】redis 學習十四，sorted_set 初步探究梳理

sorted_set 是什麼？

sorted_set 就是 zset ，是 redis 裡面的資料之一，有序集合

有序集合是集合的一部分，有序集合給每個元素多設定了一個分數，相當於多了一個維度，redis 也是利用這個維度進行排序的

實際應用

redis-cli 連線上 redis-server ，使用 help @sorted_set 檢視有序結合支援的命令

# redis-cli -p 6379
127.0.0.1:6379> ping
PONG
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> help @sorted_set

  BZPOPMAX key [key ...] timeout
  summary: Remove and return the member with the highest score from one or more sorted sets, or block until one is available
  since: 5.0.0
....

• summary

對這個命令的概括

• since

這個命令從 redis 哪一個版本就開始提供了

舉個例子

在 sorted_set 中新增一個 key，這個key 裡面有 3 個成員 ，3 個成員對應的分支如下：

127.0.0.1:6379> zadd k1 9 pig 2 dog 6 cat
(integer) 3

獲取有序集合的所有值，預設是按照有效到大的方式來展示，因為資料存入到 redis 記憶體中，實體記憶體的結果是從左到右，逐個遞增的

127.0.0.1:6379> ZRANGE k1 0 -1
1) "dog"
2) "cat"
3) "pig"

獲取排名從小到大的前 2 位怎麼做？

127.0.0.1:6379> ZRANGE k1 0 1 withscores
1) "dog"
2) "2"
3) "cat"
4) "6"

獲取從大到小的排名前 2 位呢？

下面這個是正確的，使用 ZrevRANGE 來獲取

127.0.0.1:6379> ZrevRANGE k1 0 1 withscores
1) "pig"
2) "9"
3) "cat"
4) "6"

下面這個是錯誤的

127.0.0.1:6379> ZRANGE k1 -2 -1 withscores
1) "cat"
2) "6"
3) "pig"
4) "9"

例子2

我們們對以下幾個學生設定分數，按照權重來做一個排名

127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> zadd k1 90 xiaoming 40 zhangsan 60 lisi
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zadd k2 30 xiaohong 70 zhangsan 50 wangwu
(integer) 3
127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE unkey 2 k1 k2 weights 0.5 1
(integer) 5

按照權重來排序，k1 佔比 0.5 ， k2 佔比 1，計算排名，實際例子可以用來計算按照權重的總分

127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE unkey 2 k1 k2 weights 0.5 1
(integer) 5
127.0.0.1:6379> Zrange unkey 0 -1 withscores
 1) "lisi"
 2) "30"
 3) "xiaohong"
 4) "30"
 5) "xiaoming"
 6) "45"
 7) "wangwu"
 8) "50"
 9) "zhangsan"
10) "90"

k1 和 k1 取成員的最大值來進行排名，實際例子可以是多個科目成績的最高分進行排名

127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE unkey2 2 k1 k2 aggregate max
(integer) 5
127.0.0.1:6379> zrange unkey2 0 -1 withscores
 1) "xiaohong"
 2) "30"
 3) "wangwu"
 4) "50"
 5) "lisi"
 6) "60"
 7) "zhangsan"
 8) "70"
 9) "xiaoming"
10) "90"

那麼我們思考一下，sorted_set 的排序是如何實現的呢？

sorted_set 排序實現原理

排序是通過 skiplist 跳錶來實現的，skiplist 是一個類平衡樹

skiplist 本質上也是一種查詢結構，用於解決演算法中的查詢問題

Redis內部資料結構詳解 這本書中有說到，查詢問題的解法有如下 2 類：

• 基於各種平衡樹
• 基於雜湊表

skiplist 跳錶 不屬於上述任何一個，他可以說是一個 類平衡樹

我們們來舉個例子：

例如有如下跳錶，總共有 3 層

現在要將 15 這個數字插入這個跳錶

用 15 去第一層看，比 2 大，那麼往下走

15 比 23 小且比 2 大，那麼往下走

15 比 23 小，比 8 大，那麼 15 就插入這裡了

插入這裡，第三層 8 的指標 指向 15, 23的指標也指向 15

第二層 2 的指標 指向 15，15 指向 23

第三層 2 的指標也指向 15， 15 指向 NULL

根據上面這個例子，我們可以明白，skiplist 就是一個特殊的連結串列，叫做跳錶，或者是跳躍表

我們還發現，這麼多層連結串列，就是最下面這一層的連結串列元素是最全的，其他層都是稀疏的連結串列，這些連結串列裡面的指標故意跳過了一些節點（越高層的連結串列跳過的節點越多）

這就使得我們在查詢資料的時候能夠先在高層的連結串列中進行查詢，然後逐層降低，最終降到第一層連結串列來精確地確定資料位置

這種方式過程中是跳過了很多節點的，因此也就加快了我們的查詢速度

無論是增刪改查，都是需要先查詢的，先明確查詢到需要操作的位置，再進行操作

skiplist和平衡樹、雜湊表的比較

我們檢視到 redis src/server.h 中有對 skiplist 的結構定義

/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
typedef struct zskiplistNode {
    sds ele;
    double score;
    struct zskiplistNode *backward;
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;
        unsigned long span;
    } level[];
} zskiplistNode;

typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;

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

zskiplist ，跳躍表

zskiplist 定義了真正的skiplist結構：

• 頭指標header和尾指標tail。

• 連結串列長度length，即連結串列包含的節點總數

  這裡需要注意一點：

  新建立的 skiplist 包含一個空的頭指標，這個頭指標不包含在 length 計數中

• level表示skiplist的總層數，就是所有節點層數的最大值

zskiplistNode ， 跳躍表的節點

zskiplistNode 定義了 skiplist 的節點結構：

• 存放的是sds，zadd命令在將資料插入到skiplist裡面之前先進行了解碼，這樣做的目的應該是為了方便在查詢的時候對資料進行字典序的比較
• score 欄位是資料對應的分數
• backward 欄位是指向連結串列前一個節點的指標（前向指標），每一個節點只有1個前向指標，所以只有第1層連結串列是一個雙向連結串列。

• level[] 存放指向各層連結串列後一個節點的指標（後向指標）

  每層對應1個後向指標，用forward欄位表示。

• span值 ，是每個後向指標還對應了一個 span，它表示當前的指標跨越了多少個節點span用於計算元素排名(rank)

關於 redis 原始碼中，建立節點，插入節點，刪除節點的原始碼都在 src/t_zset.c 裡面，詳細的原始碼流程感興趣的可以細細品讀一下，還在品讀中

參考資料：

• redis_doc
• reids 原始碼 src/t_zset.c 和 src/server.h

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