【Redis】基础结构（五）：ZSet 类型命令、应用、原理

叁歲伎倆 2023-01-18 14:29 18阅读 0赞

zset 似于 Java 的 SortedSet 和 HashMap 的结合体，一方面它是一个 set，保证了内部 value 的唯一性，另一方面它可以给每个 value 赋予一个 score，代表这个 value 的排序权重。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

### 1.常用命令 ###

ZADD key score member [[score member]…]		// 往有序集合key中加入带分值元素
    ZCARD key									// 返回有序集合key中元素个数
    ZREM key member [member …]					// 从有序集合key中删除元素
    
    ZINCRBY key increment member				// 为有序集合key中元素member的分值加上increment 
    ZSCORE key member 							// 返回有序集合key中元素member的分值
    ZRANGE key start stop [WITHSCORE] 		    // 正序获取有序集合key从start下标到stop下标的元素(withscores 参数可以附带获取元素的 score)
    ZREVRANGE key start stop [WITHSCORE]		// 倒序获取有序集合key从start下标到stop下标的元素(withscores 参数可以附带获取元素的 score)
    
    ZUNIONSTORE destkey numkeys key [key ...] 	// 并集计算，deskey(合并后的结果集、无重复)，numkeys(要合并的集合的个数)，key(要合并的集合)
    ZINTERSTORE destkey numkeys key [key …]		// 交集计算

### 2.应用示例 ###

**1.实现排行榜**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1][]

ZINCRBY  hotNews:20201104  这就是开放不止步的中国   						// 点击新闻，当前新闻score+1
    
    ZREVRANGE  hotNews:20201104  0  10  									// 展示当日排行前十
    
    ZUNIONSTORE  hotNews:week 7 hotNews:20201104 ... hotNews:20201110   	// 合并七日的结果到 hotNews 这个Set中
    ZREVRANGE   hotNews:week 0 7				 							// 在 hotNews 中取七日搜索榜单前七个

**2.其余功能**

ZSet 还可以用来存粉丝列表，value 值是粉丝的用户 ID，score是关注时间。我们可以对粉丝列表按关注时间进行排序。

ZSet 也可以用来存储学生的成绩，value 值是学生的 ID，score是他的考试成绩。我们可以对成绩按分数进行排序就可以得到他的名次。

### 3.存储原理 ###

Zset 底层同样采用了两种方式来实现，分别是 ZipList 和 SkipList。当同时满足以下两个条件时，采用 ZipList 实现；反之采用 SkipList 实现。

*  **Zset 中保存的元素个数小于 128。（通过修改 zset-max-ziplist-entries 配置来修改）**
 *  **Zset 中保存的所有元素长度小于 64byte。（通过修改 zset-max-ziplist-values 配置来修改）**

**ZipList 方式**

压缩列表是 redis 为了节约内存而开发的，是由一系列的特殊编码的**连续内存块**组成的双向链表。一个压缩列表可以包含任意多个节点(entry)，每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值，值的类型和长度由节点的encoding属性决定。

它不存储指向上一个链表节点和指向下一个链表节点的指针，而是存储上一个节点长度和当前节点长度，也就是和说与数组的区别在于数组的每个元素大小相同，而 ziplist 的每个节点的大小不是固定（保存->计算地址）。

ziplist 通过牺牲部分读写性能，来换取高效的内存空间利用率，是一种时间换空间的思想。只用在字段个数少，字段值小的场景里面。

来看 ziplist 的整体结构：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  zlbytes：表示当前 list 的存储元素的总长度
 *  zllen：表示当前 list 存储的元素的个数
 *  zltail：表示当前 list 的头结点的地址，通过 zltail 就是可以实现 list 的遍历
 *  zlend：表示当前 list 的结束标识

下面看具体的元素 zlentry 是怎么定义的：

typedef struct zlentry {
        
    	
    	/* 上一个链表节点占用的长度 */
    	unsigned int prevrawlensize; 
    	/* 存储上一个链表节点的长度数值所需要的字节数 */
    	unsigned int prevrawlen; 
    	/* 存储当前链表节点长度数值所需要的字节数 */
    	unsigned int lensize; 
    	/* 当前链表节点占用的长度 */
    	unsigned int len; 
    	/* 当前链表节点的头部大小（prevrawlensize + lensize），即非数据域的大小 */
    	unsigned int headersize; 
    	/* 编码方式 */
    	unsigned char encoding; 
    	/* 压缩链表以字符串的形式保存，该指针指向当前节点起始位置 */
    	unsigned char *p; 
    	
    } zlentry;

> **ZipList 的优缺点比较**
> 
>  *  优点：内存地址连续，省去了每个元素的头尾节点指针占用的内存
>  *  缺点：对于删除和插入操作比较可能会触发连锁更新反应，比如在 list 中间插入删除一个元素时，在插入或删除位置后面的元素可能都需要发生相应的移动操作

对于 Zset 不同的是，其存储是以键值对的方式依次排列，键存储的是实际 value，值存储的是 value 对应的分值。  
![img][]

**SkipList 方式**

跳表实际就是：多级有序链表，这样我们就可以抽出索引节点，从而降低查询的复杂度。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

> PS：为什么不用 AVL 树或者红黑树？因为 skiplist 更加简洁（关于跳表可以参考[这篇文章][Link 1]…)

typedef struct zset {
        
        dict *dict;
    	zskiplist *zsl;
    } zset
    
    typedef struct zskiplistNode {
        
    
        /* zset 的元素 */
    	sds ele; 
    	/* 分值 */
        double score; 
        /* 后退指针 */
        struct zskiplistNode *backward; 
        
        struct zskiplistLevel {
        
        	/* 前进指针，对应 level 的下一个节点 */
            struct zskiplistNode *forward; 
            /* 从当前节点到下一个节点的跨度（跨越的节点数） */
            unsigned long span; 
        } level[]; /* 层 */
        
    } zskiplistNode;
    
    typedef struct zskiplist {
        
    
    	/* 指向跳跃表的头结点和尾节点 */
        struct zskiplistNode *header, *tail; 
        /* 跳跃表的节点数 */
        unsigned long length; 
        /* 最大的层数 */
        int level; 
        
    } zskiplist;

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221021/1cf256ebc6bc46ab982ad7bb352b472a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221021/0f7e397c1e6e46e684c562df736653e9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221021/6e17731adfdb46b1aaf9372fb13bf5ea.png
[img]: /images/20221021/0bdaf28b35a843ef9f3191c131a4a5d2.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221021/fbe77e9350474b2ba11189392b194a49.png
[Link 1]: https://yzhyaa.blog.csdn.net/article/details/108930330