Redis zset 数据类型

有序集合类型 (Sorted Set或ZSet) 相比于集合类型多了一个排序属性 score（分值），对于有序集合 ZSet 来说，每个存储元素相当于有两个值组成的，一个是有序结合的元素值，一个是排序值。有序集合保留了集合不能有重复成员的特性(分值可以重复)，但不同的是，有序集合中的元素可以排序。

一、内部实现

有序集合是由 ziplist (压缩列表) 或 skiplist (跳跃表)组成的。
当数据比较少时，有序集合使用的是 ziplist 存储的，有序集合使用 ziplist 格式存储必须满足以下两个条件：

• 有序集合保存的元素个数要小于 128 个；
• 有序集合保存的所有元素成员的长度都必须小于 64 字节。

如果不能满足以上两个条件中的任意一个，有序集合将会使用 skiplist 结构进行存储。

ziplist 压缩列表

详细看了解压缩列表

skiplist 跳跃表

跳跃表是一种有序的数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的。这么说，我们可能很难理解，我们可以先回忆一下链表。

什么是跳跃表

对于一个单链表来讲，即便链表中存储的数据是有序的，如果我们要想在其中查找某个数据，也只能从头到尾遍历链表。这样查找效率就会很低，时间复杂度会很高，是 O(n)

如果我们想要提高其查找效率，可以考虑在链表上建索引的方式。每两个结点提取一个结点到上一级，我们把抽出来的那一级叫作索引

这个时候，我们假设要查找节点8，我们可以先在索引层遍历，当遍历到索引层中值为 7 的结点时，发现下一个节点是9，那么要查找的节点8肯定就在这两个节点之间。我们下降到链表层继续遍历就找到了8这个节点。原先我们在单链表中找到8这个节点要遍历8个节点，而现在有了一级索引后只需要遍历五个节点
从这个例子里，我们看出，加来一层索引之后，查找一个结点需要遍的结点个数减少了，也就是说查找效率提高了，同理再加一级索引
从图中我们可以看出，查找效率又有提升。在例子中我们的数据很少，当有大量的数据时，我们可以增加多级索引，其查找效率可以得到明显提升
像这种链表加多级索引的结构，就是跳跃表！

Redis中跳跃表的实现

Redis的跳跃表由zskiplistNode和skiplist两个结构定义,其中 zskiplistNode结构用于表示跳跃表节点,而 zskiplist结构则用于保存跳跃表节点的相关信息,比如节点的数量,以及指向表头节点和表尾节点的指针等等。

上图展示了一个跳跃表示例,其中最左边的是 skiplist结构,该结构包含以下属性。

• header：指向跳跃表的表头节点，通过这个指针程序定位表头节点的时间复杂度就为O(1)
• tail：指向跳跃表的表尾节点,通过这个指针程序定位表尾节点的时间复杂度就为O(1)
• level：记录目前跳跃表内,层数最大的那个节点的层数(表头节点的层数不计算在内)，通过这个属性可以再O(1)的时间复杂度内获取层高最好的节点的层数。
• length：记录跳跃表的长度,也即是,跳跃表目前包含节点的数量(表头节点不计算在内)，通过这个属性，程序可以再O(1)的时间复杂度内返回跳跃表的长度。结构右方的是四个 zskiplistNode结构,该结构包含以下属性
• 层(level)：
  • 节点中用1、2、L3等字样标记节点的各个层,L1代表第一层,L代表第二层,以此类推。
  • 每个层都带有两个属性:前进指针和跨度。前进指针用于访问位于表尾方向的其他节点,而跨度则记录了前进指针所指向节点和当前节点的距离(跨度越大、距离越远)。在上图中,连线上带有数字的箭头就代表前进指针,而那个数字就是跨度。当程序从表头向表尾进行遍历时,访问会沿着层的前进指针进行。
  • 每次创建一个新跳跃表节点的时候,程序都根据幂次定律(powerlaw,越大的数出现的概率越小)随机生成一个介于1和32之间的值作为level数组的大小,这个大小就是层的“高度”。
• 后退(backward)指针：节点中用BW字样标记节点的后退指针,它指向位于当前节点的前一个节点。后退指针在程序从表尾向表头遍历时使用。与前进指针所不同的是每个节点只有一个后退指针，因此每次只能后退一个节点。
• 分值(score)各个节点中的1.0、2.0和3.0是节点所保存的分值。在跳跃表中,节点按各自所保存的分值从小到大排列。
• 成员对象(oj)：各个节点中的o1、o2和o3是节点所保存的成员对象。在同一个跳跃表中,各个节点保存的成员对象必须是唯一的,但是多个节点保存的分值却可以是相同的分值相同的节点将按照成员对象在字典序中的大小来进行排序,成员对象较小的节点会排在前面(靠近表头的方向),而成员对象较大的节点则会排在后面(靠近表尾的方向)

  Redis跳跃表常用操作的时间复杂度

  | 操作 | 时间复杂度 | | —- | —- | | 创建一个跳跃表 | O(1) | | 释放给定跳跃表以及其中包含的节点 | O(N) | | 添加给定成员和分值的新节点 | 平均O(logN),最坏O(logN)(N为跳跃表的长度) | | 删除除跳跃表中包含给定成员和分值的节点 | 平均O(logN),最坏O(logN)(N为跳跃表的长度) | | 返回给定成员和分值的节点再表中的排位 | 平均O(logN),最坏O(logN)(N为跳跃表的长度) | | 返回在给定排位上的节点 | 平均O(logN),最坏O(logN)(N为跳跃表的长度) | | 给定一个分值范围,返回跳跃表中第一个符合这个范围的节点 | O(1) | | 给定一个分值范围,返回跳跃表中最后一个符合这个范围的节点 | 平均O(logN),最坏O(logN)(N为跳跃表的长度) | | 给定一个分值范围,除跳跃表中所有在这个范围之内的节点 | 平均O(logN),最坏O(logN)(N为跳跃表的长度) | | 给定一个排位范围,鼎除跳跃表中所有在这个范围之内的节点 | O(N),N为被除节点数量 | | 给定一个分值范固(range),比如0到15,20到28,诸如此类,如果跳氏表中有至少一个节点的分值在这个范間之内,那么返回1,否则返回0 | O(N),N为被除节点数量 |