有序汇合(Sorted Set)是Redis中的一种对象，它自身是汇合类型，同时也能够反对汇合中的元素带有权重，并按权重排序。
为什么 Sorted Set 能同时提供以下两种操作接口，以及它们的复杂度别离是 O(logN)+M 和 O(1) 呢？
ZRANGEBYSCORE：依照元素权重返回一个范畴内的元素。ZSCORE：返回某个元素的权重值。
实际上，这个问题背地的实质是：为什么 Sorted Set 既能反对高效的范畴查问，同时还能以 O(1) 复杂度获取元素权重值？
127.0.0.1:6379> zadd zset_user_1 1 mysql(integer) 1127.0.0.1:6379> zadd zset_user_1 2 redis(integer) 1127.0.0.1:6379> zadd zset_user_1 3 es(integer) 1127.0.0.1:6379> zadd zset_user_1 4 hbase(integer) 1127.0.0.1:6379> zadd zset_user_1 5 clickhouse(integer) 1127.0.0.1:6379>127.0.0.1:6379> zrange zset_user_1 0 101) "mysql"2) "redis"3) "es"4) "hbase"5) "clickhouse"127.0.0.1:6379>127.0.0.1:6379> zrange zset_user_1 0 10 withscores 1) "mysql" 2) "1" 3) "redis" 4) "2" 5) "es" 6) "3" 7) "hbase" 8) "4" 9) "clickhouse"10) "5"127.0.0.1:6379>127.0.0.1:6379>127.0.0.1:6379> zrangebyscore zset_user_1 2 41) "redis"2) "es"3) "hbase"127.0.0.1:6379>127.0.0.1:6379> zrangebyscore zset_user_1 2 4 withscores1) "redis"2) "2"3) "es"4) "3"5) "hbase"6) "4"127.0.0.1:6379>127.0.0.1:6379>127.0.0.1:6379> zscore zset_user_1 mysql"1"127.0.0.1:6379>127.0.0.1:6379> zscore zset_user_1 es"3"127.0.0.1:6379>127.0.0.1:6379>这其实就和 Sorted Set 底层的设计实现无关了。
Sorted Set 能反对范畴查问，这是因为它的外围数据结构设计采纳了跳表，
而它能以常数复杂度获取元素权重，这是因为它同时采纳了哈希表进行索引。
Sorted Set 是如何把这两种数据结构联合在一起的？它们又是如何进行合作的呢？
Sorted Set 采纳的双索引的设计思维和实现。
(1) 有序汇合(Sorted Set)
/** * ZSET 是有序汇合，应用两个数据结构来保留雷同的元素，以便将 O(log(N)) INSERT 和 REMOVE 操作放入已排序的数据结构中。 * * 这些元素被增加到将 Redis 对象映射到分数的哈希表中。 * 同时，将元素增加到将分数映射到 Redis 对象的跳跃列表（因而对象在此“视图”中按分数排序）。 * * 请留神，为了节俭内存，示意元素的 SDS 字符串在哈希表和跳表中都是雷同的。 * 为了更容易地治理共享的 SDS 字符串，咱们所做的是仅在 zslFreeNode() 中开释 SDS 字符串。 * 字典没有设置无值办法。 * 所以咱们应该总是从字典中删除一个元素，而后再从跳过列表中删除。 */(1.1) 有序汇合构造
/** * 有序汇合 zset 构造体 */typedef struct zset { dict *dict; // 字典 zskiplist *zsl; // 跳表} zset;Sorted Set 同时采纳跳表和哈希表两个索引构造
利用了跳表高效反对范畴查问(如 ZRANGEBYSCORE 操作)，以及哈希表高效反对单点查问(如 ZSCORE 操作)的特色
能够在一个数据类型中，同时高效反对范畴查问和单点查问，这是繁多索引构造比拟难达到的成果。
跳表或是哈希表中，各自保留了什么样的数据？
跳表和哈希表保留的数据是如何保持一致的？
(1.2) Redis有序汇合反对的命令
反对的命令见 https://github.com/redis/redi...
(1.2.1) 新建有序汇合
// file: object.c/** * 创立有序汇合对象 * 底层数据结构 跳表+哈希表 */robj *createZsetObject(void) { // 为zset构造体分配内存 zset *zs = zmalloc(sizeof(*zs)); robj *o; // 创立字典 zs->dict = dictCreate(&zsetDictType,NULL); // 创立跳表 zs->zsl = zslCreate(); // 创立redisObject对象，类型为有序汇合 o = createObject(OBJ_ZSET,zs); // 设置编码方式为 跳表 o->encoding = OBJ_ENCODING_SKIPLIST; return o;}// file: object.c/** * 创立有序汇合压缩列表对象 * 底层数据结构 压缩列表 */robj *createZsetZiplistObject(void) { // 创立压缩列表 unsigned char *zl = ziplistNew(); // 创立redisObject对象，类型为有序汇合 robj *o = createObject(OBJ_ZSET,zl); // 设置编码方式为 压缩列表 o->encoding = OBJ_ENCODING_ZIPLIST; return o;}(1.2.2) 往有序汇合增加元素-zsetAdd
// file: /** * 增加新元素或更新排序集中现有元素的分数，无论其编码如何。 * * 标记会更改命令行为。 它们通过整数指针传递，因为该函数将革除标记并用其余标记填充它们以批示不同的条件。 * * 输出标记如下： * ZADD_INCR: 将以后元素分数减少'score'，而不是更新以后元素分数。 如果该元素不存在，咱们假如以前分数为0。 * ZADD_NX: 仅当元素不存在时才执行操作。 * ZADD_XX: 仅当元素不存在时才执行操作。 * * 当应用 ZADD_INCR 时，如果 'newscore' 不为 NULL，则元素的新分数存储在 '*newscore' 中。 * * 返回的标记如下： * ZADD_NAN: 后果分数不是数字。 * ZADD_ADDED: 元素已增加(调用前不存在)。 * ZADD_UPDATED: 元素分数已更新。 * ZADD_NOP: 因为 NX 或 XX，未执行任何操作。 * * 返回值： * 该函数在胜利时返回 1，并设置适当的标记 ADDED 或 UPDATED 以批示操作期间产生的事件 * (请留神，如果咱们应用与以前雷同的分数从新增加元素，则不能设置任何标记，或者在这种状况下 应用零增量)。 * * 该函数在出错时返回 0，目前仅当增量产生 NAN 条件时，或者当“score”值自开始以来为 NAN 时。 * * 作为增加新元素的副作用的命令可能会将排序集外部编码从 ziplist 转换为 hashtable + skiplist。 * * 'ele'的内存治理： * 该函数不获取“ele”SDS 字符串的所有权，但会在须要时复制它。 * * * zadd zset_user_1 1 mysql 2 redis * @param *zobj 有序汇合对象 * @param score 分数 对应 1 2 * @param ele 元素 其实就是 member 对应的是 mysql redis * @param *flags * @param *newscore */int zsetAdd(robj *zobj, double score, sds ele, int *flags, double *newscore) { /* 将选项变成简略的查看变量。 */ int incr = (*flags & ZADD_INCR) != 0; int nx = (*flags & ZADD_NX) != 0; int xx = (*flags & ZADD_XX) != 0; *flags = 0; /* We'll return our response flags. */ double curscore; /* NaN as input is an error regardless of all the other parameters. */ // 参数校验 if (isnan(score)) { *flags = ZADD_NAN; return 0; } /* 依据编码更新有序汇合。 */ if (zobj->encoding == OBJ_ENCODING_ZIPLIST) { // 编码是压缩列表 unsigned char *eptr; if ((eptr = zzlFind(zobj->ptr,ele,&curscore)) != NULL) { /* NX? Return, same element already exists. */ if (nx) { *flags |= ZADD_NOP; return 1; } /* Prepare the score for the increment if needed. */ if (incr) { score += curscore; if (isnan(score)) { *flags |= ZADD_NAN; return 0; } if (newscore) *newscore = score; } /* Remove and re-insert when score changed. */ if (score != curscore) { zobj->ptr = zzlDelete(zobj->ptr,eptr); zobj->ptr = zzlInsert(zobj->ptr,ele,score); *flags |= ZADD_UPDATED; } return 1; } else if (!xx) { /* check if the element is too large or the list * becomes too long *before* executing zzlInsert. */ if (zzlLength(zobj->ptr)+1 > server.zset_max_ziplist_entries || sdslen(ele) > server.zset_max_ziplist_value || !ziplistSafeToAdd(zobj->ptr, sdslen(ele))) { zsetConvert(zobj,OBJ_ENCODING_SKIPLIST); } else { zobj->ptr = zzlInsert(zobj->ptr,ele,score); if (newscore) *newscore = score; *flags |= ZADD_ADDED; return 1; } } else { *flags |= ZADD_NOP; return 1; } } /* 请留神，下面的块解决ziplist将返回 或 转换键为skiplist。 * Note that the above block handling ziplist would have either returned or converted the key to skiplist. */ if (zobj->encoding == OBJ_ENCODING_SKIPLIST) { // 编码是跳表 // 有序汇合 zset *zs = zobj->ptr; // 跳表头节点 zskiplistNode *znode; // 字典 dictEntry *de; // ele是member // zscore key member 的时候获取score 用到了这儿 // 从字典里依据key查到的节点 de = dictFind(zs->dict,ele); if (de != NULL) { // 节点已存在 /* NX? Return, same element already exists. */ if (nx) { *flags |= ZADD_NOP; return 1; } // 获取节点的值 也就是 分数 curscore = *(double*)dictGetVal(de); /* 如果须要，为增量筹备分数。 */ if (incr) { score += curscore; if (isnan(score)) { *flags |= ZADD_NAN; return 0; } // 更新分值 if (newscore) *newscore = score; } /* 当分数扭转时移除并从新插入。 */ if (score != curscore) { // znode = zslUpdateScore(zs->zsl,curscore,ele,score); /* 请留神，咱们没有从示意已排序汇合的哈希表中删除原始元素，因而咱们只更新分数。 */ dictGetVal(de) = &znode->score; // 更新分数指针 // 更新标记 *flags |= ZADD_UPDATED; } return 1; } else if (!xx) { ele = sdsdup(ele); znode = zslInsert(zs->zsl,score,ele); serverAssert(dictAdd(zs->dict,ele,&znode->score) == DICT_OK); *flags |= ZADD_ADDED; if (newscore) *newscore = score; return 1; } else { *flags |= ZADD_NOP; return 1; } } else { serverPanic("Unknown sorted set encoding"); } return 0; /* Never reached. */}(1.2.x) zadd命令源码解析
void zaddCommand(client *c) { zaddGenericCommand(c,ZADD_NONE);}/** * This generic command implements both ZADD and ZINCRBY. * * zadd zset_user_1 1 mysql */void zaddGenericCommand(client *c, int flags) { static char *nanerr = "resulting score is not a number (NaN)"; // 输出的key robj *key = c->argv[1]; robj *zobj; sds ele; double score = 0, *scores = NULL; int j, elements; int scoreidx = 0; /* 以下变量用于跟踪命令在执行期间理论执行的操作、回复客户端并触发键空间更改告诉。 */ int added = 0; /* 增加的新元素个数 */ int updated = 0; /* 更新分数的元素个数 */ int processed = 0; /* 解决的元素个数， 对于 XX 等选项可能会放弃为零。 */ /* 解析选项。 最初，'scoreidx' 设置为第一个分数元素对的分数的参数地位。 */ scoreidx = 2; // 解析前面的参数 while(scoreidx < c->argc) { char *opt = c->argv[scoreidx]->ptr; // 位运算 flag是0 对应二进制是 0000 0000 0000 0000 // |= 按位或 // 如果蕴含就 执行 按位或运算 if (!strcasecmp(opt,"nx")) flags |= ZADD_NX; else if (!strcasecmp(opt,"xx")) flags |= ZADD_XX; else if (!strcasecmp(opt,"ch")) flags |= ZADD_CH; else if (!strcasecmp(opt,"incr")) flags |= ZADD_INCR; else break; scoreidx++; } /* 将选项变成简略的查看变量。 */ // 位运算 int incr = (flags & ZADD_INCR) != 0; int nx = (flags & ZADD_NX) != 0; int xx = (flags & ZADD_XX) != 0; int ch = (flags & ZADD_CH) != 0; /* 在选项之后，咱们心愿有偶数个参数，因为咱们心愿有任意数量的分数元素对。 */ elements = c->argc-scoreidx; if (elements % 2 || !elements) { addReply(c,shared.syntaxerr); return; } elements /= 2; /* Now this holds the number of score-element pairs. */ /* Check for incompatible options. */ if (nx && xx) { addReplyError(c, "XX and NX options at the same time are not compatible"); return; } if (incr && elements > 1) { addReplyError(c, "INCR option supports a single increment-element pair"); return; } /* Start parsing all the scores, we need to emit any syntax error * before executing additions to the sorted set, as the command should * either execute fully or nothing at all. */ scores = zmalloc(sizeof(double)*elements); for (j = 0; j < elements; j++) { if (getDoubleFromObjectOrReply(c,c->argv[scoreidx+j*2],&scores[j],NULL) != C_OK) goto cleanup; } /* Lookup the key and create the sorted set if does not exist. */ // 查找键并创立排序集(如果不存在) // 依据key查找value zobj = lookupKeyWrite(c->db,key); // zobj为空，示意有序汇合还未创立 if (zobj == NULL) { if (xx) goto reply_to_client; /* No key + XX option: nothing to do. */ // 服务器配置里 zset_max_ziplist_entries==0 或 zset_max_ziplist_value < 每个元素的长度 if (server.zset_max_ziplist_entries == 0 || server.zset_max_ziplist_value < sdslen(c->argv[scoreidx+1]->ptr)) { // 创立 Zset对象，底层数据结构是跳表和哈希表 zobj = createZsetObject(); } else { // 也就是 同时满足以下3个条件，会应用 ziplist 作为 有序汇合的底层编码方式 // 压缩列表为空时， // 并且 服务器配置里 有序汇合最大实体个数(zset_max_ziplist_entries) > 0 // 并且 服务器配置里元素的长度(zset_max_ziplist_value) >= sdslen(c->argv[scoreidx+1]->ptr) 时 // 创立压缩列表对象， 底层数据结构是ziplist zobj = createZsetZiplistObject(); } dbAdd(c->db,key,zobj); } else { if (zobj->type != OBJ_ZSET) { addReply(c,shared.wrongtypeerr); goto cleanup; } } // 往有序汇合增加元素逻辑 for (j = 0; j < elements; j++) { double newscore; score = scores[j]; int retflags = flags; ele = c->argv[scoreidx+1+j*2]->ptr; // 真正往有序汇合增加元素增加逻辑 int retval = zsetAdd(zobj, score, ele, &retflags, &newscore); if (retval == 0) { addReplyError(c,nanerr); goto cleanup; } if (retflags & ZADD_ADDED) added++; if (retflags & ZADD_UPDATED) updated++; if (!(retflags & ZADD_NOP)) processed++; score = newscore; } server.dirty += (added+updated);reply_to_client: if (incr) { /* ZINCRBY or INCR option. */ if (processed) addReplyDouble(c,score); else addReplyNull(c); } else { /* ZADD. */ addReplyLongLong(c,ch ? added+updated : added); }cleanup: zfree(scores); if (added || updated) { signalModifiedKey(c,c->db,key); notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_ZSET, incr ? "zincr" : "zadd", key, c->db->id); }}参考资料
[1] Redis源码分析与实战 - 05 | 有序汇合为何能同时反对点查问和范畴查问？
[2] redis为什么抉择了跳跃表而不是红黑树
Redis源码分析与实战 学习笔记 Day5 05 | 有序汇合为何能同时反对点查问和范畴查问？
https://time.geekbang.org/col...