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redis中zset的底层实现原理

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小土豆Yuki
发布2022-12-01 21:22:24
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发布2022-12-01 21:22:24
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zset是什么

一种有序的集合sorted set,使用一个额外的参数score为成员排序,内部使用hashmap和跳跃表实现存储和有序,HaspMap存放成员到score的映射,而跳跃表存放所有的成员,使用跳表实现比较高的查询效率,常用命令zadd,zrange,zrem,zcard等待,使用场景用分数进行成员的从小到大的排序

zset底层实现原理

他使用两种编码是新ziplist和skiplist,根据不同情况使用不同的编码

1.元素个数小于128,同时所有member都小于64字节,使用ziplist

2.否则使用skiplist编码

zset-max-ziplist-entries 128
zset-max-ziplist-value 64

ziplist结构如下

可以看出ziplist是当数据小的时候,由一段连续的内存组成,最大的优点就是节省内存,但这种结构不善于修改

skiplist

skiplist编码是有一个zset的数据结构,这个结构有两部分组成,字典dict和跳跃表,跳跃表按 score 从小到大保存所有集合元素,查找时间复杂度为平均 O(logN),最坏 O(N) 。字典则保存着从 member 到 score 的映射,这样就可以用 O(1)的复杂度来查找 member 对应的 score 值。虽然同时使用两种结构,但它们会通过指针来共享相同元素的 member 和 score,因此不会浪费额外的内存

跳跃表是是指除了第一层以外,会建立多个稀疏的链表,这些链表会跳过部分节点,这使得我们查找数据的时候,从最高层查找数据,一层层向下查找,之后最后一层精确找到对应的数据,让我们的查找速度提高很多,如下图,查找一个23的数据

  • 先从第4层找到,和7进行比较,大于7,第4层7之后没有了数据
  • 然后向下一层,从第3层的7节点向后找,比较37,小于37,继续向下找
  • 从第2层找,比较再从7节点往后找,比较19,大于19,继续向后找,小于37,继续向下一层找
  • 到第2层,从19节点开始找,比较22,大于22,向后找,比较26,小于26,则发现没有目标节点

而我们的redis中的skipList其实和上面介绍的跳表还是有一定区别,redis的skiplist是不要求上下相邻两层链表之间的节点个数有严格的对应关系,而是为每个节点随机出一个层数(level)。比如,一个节点随机出的层数是3,那么就把它链入到第1层到第3层这三层链表中.

并且实际应用中的skiplist每个节点应该包含key和value两部分。前面的描述中我们没有具体区分key和value,但实际上列表中是按照key(score)进行排序的,查找过程也是根据key在比较

总之,sorted set是由zipList和dict,skipList基础上构建起来的,

  • 当数据较少时,sorted set是由一个ziplist来实现的。
  • 当数据多的时候,sorted set是由一个叫zset的数据结构来实现的,这个zset包含一个dict + 一个skiplist。dict用来查询数据到分数(score)的对应关系,而skiplist用来根据分数查询数据(可能是范围查找)
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