Redis阅读笔记-有序集合对象

Redis阅读笔记-有序集合对象

​ 有序集合的编码可以是ziplist或者skiplist。

​ ziplist编码的压缩表对象使用压缩表作为底层实现， 每个集合元素使用两个紧挨在一起的压缩表节点来保存， 第一个节点保存元素的成员(member)， 而第二个元素则保存元素的分值(score)。

​ 压缩列表内的集合元素按分值大小从小到大进行排序，分值较小的元素被放置在靠近表头的方向， 而分值较大的元素则被放置在靠近表尾的方向。

​ 举个例子， 如果我们执行以下zadd命令， 那么服务器将创建一个有序集合对象作为price键的值：

127.0.0.1:6379> zadd price 8.5 apple 5.0 banana 6.0 cherry
(integer) 3

​ 如果price键的值对象使用的是ziplist编码， 那么这个值对象将会是下图所示的样子：

redisObject
type REDIS_ZSET
encoding REDIS_ENCODING_ZIPLIST
ptr	→	压缩列表
...

​ 而对象所使用的压缩列表则会是下图所示的样子：

zlbytes	zltail	zllen	"banana"	5.0	"cherry"	6.0	"apple"	8.5	zlend
			↑ 分值最少元素的成员	↑ 分值最少元素的分值	↑ 分值排第二元素的成员	↑ 分值排第二元素的分值	↑ 分值最大元素的成员	↑ 分值最大元素的分值

​ skiplist编码的有序集合对象使用zset结构作为底层实现， 一个zset结构同时包含了一个字典和一个跳跃表

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

​ zset结构中的zsl跳跃表按分值从大到小保存了所有集合元素， 每个跳跃表都保存了一个集合元素： 跳跃表节点的object属性保存了元素的成员， 而跳跃表节点的score属性则保存了元素的分值。通过这个跳跃表， 程序对有序集合进行范围型操作，如zrank、zrange等命令就是基于跳跃表API实现的。

​ 除此之外， zset结构中dict字典作为有序集合创建了一个从成员到分值的映射，字典的每个键值对都保存了一个集合的元素：字典的键保存了元素的成员， 而字典的值则保存了元素的分值。通过这个字典，程序可以用O(1)复杂度查找给定成员的分值， zscore抿了就根据这个特性实现的， 而很多其他有序集合命令都在实现的内部用到了这一特性。

​ 有序集合的每个元素的成员都是一个字符串对象， 而每个元素的分值都是一个double类型的浮点数。值得一提的是， 虽然zset结构同时使用跳跃表和字典来保存有序集合元素， 但这两种数据结构都会通过指针共享相同元素的成员和分值， 所以同时使用跳跃表和字典来保存集合元素不会产生任何重复成员或分值， 也不会因此而浪费额外的内存。

为什么有序集合需要同时使用跳跃表和字典来实现?

​ 在理论上， 有序集合可以单独使用字典或者跳跃表的其中一种数据结构来实现， 但无论单独使用字典还是跳跃表， 在性能上对比起同时使用字典和跳跃表都会有所降低。举个例子，若我们只使用字典来实现有序集合，那么虽然以O(1)复杂度查找成员的分值这一特性会被爆率， 但是， 因为字典以无序的方式来保存集合元素，所以在执行范围型操作----如zrank、zrange等命令时，程序都需要对字典保存的所有元素进行排序， 那么完成这种排序需要至少O(NlogN)时间复杂度， 以及额外的O(N)内存空间(因为要创建一个数组来保存排序后的元素)。

​ 另一方面，如果我们只是要跳跃表来实现有序集合， 那么跳跃表执行范围操作的所有优点都会保留， 但因为没了字典，那么根据成员查找分值这一操作的复杂度将从O(1)上升为O(logN)。因为以上原因， 为了让有序集合的查找和范围型操作都尽可能地执行，Redis选择了同时使用字典和跳跃表两种数据结构来实现有序集合。

​ 举个例子， 如果前面地price键创建地不是ziplist编码地有序集合对象，而是skiplist编码地有序集合对象， 那么这个有序集合对象将会是下图所示地样子

redisObject
type REDIS_ZSET
encoding REDIS_ENCODING_SKIPLIST
ptr	→	zset
...		dict	→	...
		zsl	→	...

而对象所用地zset结构将会是下图所示的样子。

编码转换

​ 当有序集合对象可以同时满足以下两个条件时，对象使用ziplist编码：

• 有序集合保存地元素数量小于128个；

• 有序集合保存地所有元素成员的长度都小于64字节

  ​

  ​ 不能满足以上两个条件的有序集合对象将使用skiplist编码。

注意

​ 以上两个条件的上限值是可以修改的，具体请看配置文件中zset-max-ziplist-entries选项和zset-max-ziplist-value选项的说明。

​ 对使用ziplist编码的有序集合对象来说，当使用ziplist编码所需要的两个条件中的任意一个不能被满足时， 就会执行对象的编码转换操作， 原本保存在压缩列表里的所有集合元素都会被转移并保存在zset结构中， 对象的编码也会从ziplist变为skiplist。

​ 以下代码展示了有序集合对象因为包含了过多的元素而引发编码转换的情况：

# 对象包含了128个元素
127.0.0.1:6379> eval "for i=1, 128 do redis.call('ZADD', KEYS[1], i, i) end" 1 numbers
(nil)
127.0.0.1:6379> zcard numbers
(integer) 128
127.0.0.1:6379> object encoding numbers
"ziplist"

# 添加一个新元素
127.0.0.1:6379> zadd numbers 3.14 pi
(integer) 1

# 对象包含的元素变为129
127.0.0.1:6379> zcard numbers
(integer) 129

# 编码以改变
127.0.0.1:6379> object encoding numbers
"skiplist"

​ 以下代码则展示了有序集合对象因为元素的成员过长而引发的编码转换情况：

# 向有序结合添加一个成员，只有三个字节长的元素
127.0.0.1:6379> zadd blah 1.0 www
(integer) 1
127.0.0.1:6379> object encoding blah
"ziplist"

# 向有序集合添加一个成员为66字节长的元素
127.0.0.1:6379> zadd blah 2.0 ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo 
(integer) 1

# 编码以改变
127.0.0.1:6379> object encoding blah
"skiplist"