【Redis 系列】redis 学习十四,sorted_set 初步探究梳理

本文涉及的产品
Redis 开源版,标准版 2GB
推荐场景:
搭建游戏排行榜
云数据库 Tair(兼容Redis),内存型 2GB
简介: 【Redis 系列】redis 学习十四,sorted_set 初步探究梳理

sorted_set 是什么?

sorted_set 就是 zset ,是 redis 里面的数据之一,有序集合

有序集合是集合的一部分,有序集合给每个元素多设置了一个分数,相当于多了一个维度,redis 也是利用这个维度进行排序的

实际应用

redis-cli 连接上 redis-server ,使用 help @sorted_set 查看有序结合支持的命令

# redis-cli -p 6379
127.0.0.1:6379> ping
PONG
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> help @sorted_set
  BZPOPMAX key [key ...] timeout
  summary: Remove and return the member with the highest score from one or more sorted sets, or block until one is available
  since: 5.0.0
....

  • summary

对这个命令的概括

  • since

这个命令从 redis 哪一个版本就开始提供了

举个例子

sorted_set 中添加一个 key,这个key 里面有 3 个成员 ,3 个成员对应的分支如下:

成员 分值
pig 9
dog 2
cat 6

127.0.0.1:6379> zadd k1 9 pig 2 dog 6 cat
(integer) 3

获取有序集合的所有值,默认是按照有效到大的方式来展示,因为数据存入到 redis 内存中,物理内存的结果是从左到右,逐个递增的

127.0.0.1:6379> ZRANGE k1 0 -1
1) "dog"
2) "cat"
3) "pig"

获取排名从小到大的前 2 位怎么做?

127.0.0.1:6379> ZRANGE k1 0 1 withscores
1) "dog"
2) "2"
3) "cat"
4) "6"

获取从大到小的排名前 2 位呢?

下面这个是正确的,使用 ZrevRANGE 来获取

127.0.0.1:6379> ZrevRANGE k1 0 1 withscores
1) "pig"
2) "9"
3) "cat"
4) "6"

下面这个是错误的

127.0.0.1:6379> ZRANGE k1 -2 -1 withscores
1) "cat"
2) "6"
3) "pig"
4) "9"

例子2

咱们对以下几个学生设置分数,按照权重来做一个排名

k1 分数
xiaoming 90
zhangsan 40
lisi 60
k2 分数
xiaohong 30
zhangsan 70
wangwu 50
127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> zadd k1 90 xiaoming 40 zhangsan 60 lisi
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zadd k2 30 xiaohong 70 zhangsan 50 wangwu
(integer) 3
127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE unkey 2 k1 k2 weights 0.5 1
(integer) 5

按照权重来排序,k1 占比 0.5 , k2 占比 1,计算排名,实际例子可以用来计算按照权重的总分

127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE unkey 2 k1 k2 weights 0.5 1
(integer) 5
127.0.0.1:6379> Zrange unkey 0 -1 withscores
 1) "lisi"
 2) "30"
 3) "xiaohong"
 4) "30"
 5) "xiaoming"
 6) "45"
 7) "wangwu"
 8) "50"
 9) "zhangsan"
10) "90"

k1 和 k1 取成员的最大值来进行排名,实际例子可以是多个科目成绩的最高分进行排名

127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE unkey2 2 k1 k2 aggregate max
(integer) 5
127.0.0.1:6379> zrange unkey2 0 -1 withscores
 1) "xiaohong"
 2) "30"
 3) "wangwu"
 4) "50"
 5) "lisi"
 6) "60"
 7) "zhangsan"
 8) "70"
 9) "xiaoming"
10) "90"

那么我们思考一下,sorted_set 的排序是如何实现的呢?

sorted_set 排序实现原理

排序是通过 skiplist 跳表来实现的,skiplist 是一个类平衡树

skiplist 本质上也是一种查找结构,用于解决算法中的查找问题

Redis内部数据结构详解 这本书中有说到,查找问题的解法有如下 2 类:

  • 基于各种平衡树
  • 基于哈希表

skiplist 跳表 不属于上述任何一个,他可以说是一个 类平衡树

咱们来举个例子:

例如有如下跳表,总共有 3 层

现在要将 15 这个数字插入这个跳表

用 15 去第一层看,比 2 大,那么往下走

15 比 23 小且比 2 大,那么往下走

15 比 23 小,比 8 大,那么 15 就插入这里了

插入这里,第三层 8 的指针 指向 15, 23的指针也指向 15

第二层 2 的指针 指向 15,15 指向 23

第三层 2 的指针也指向 15, 15 指向 NULL

根据上面这个例子,我们可以明白,skiplist 就是一个特殊的链表,叫做跳表,或者是跳跃表

我们还发现,这么多层链表,就是最下面这一层的链表元素是最全的,其他层都是稀疏的链表,这些链表里面的指针故意跳过了一些节点(越高层的链表跳过的节点越多

这就使得我们在查找数据的时候能够先在高层的链表中进行查找,然后逐层降低,最终降到第一层链表来精确地确定数据位置

这种方式过程中是跳过了很多节点的,因此也就加快了我们的查找速度

无论是增删改查,都是需要先查询的,先明确查找到需要操作的位置,再进行操作

skiplist和平衡树、哈希表的比较

skiplist 平衡树 哈希表
算法实现难度 简单 较难
查找单个key 时间复杂度为O(log n) 时间复杂度为O(log n) 在保持较低的哈希值冲突概率的前提下
查找时间复杂度接近O(1)
性能更高一些
范围查找 适合 适合 不适合
范围查找是否复杂 非常简单
只需要在找到小值之后
对第1层链表进行若干步的遍历就可以实现
复杂
需要对平衡树做一些改造
插入和删除操作 简单又快速
只需要修改相邻节点的指针
可能引发子树的调整
内存占用 灵活
个节点包含的指针数目平均为1/(1-p),具体取决于参数p的大小
平衡树每个节点包含2个指针(分别指向左右子树)

我们查看到 redis src/server.h 中有对 skiplist 的结构定义

/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
typedef struct zskiplistNode {
    sds ele;
    double score;
    struct zskiplistNode *backward;
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;
        unsigned long span;
    } level[];
} zskiplistNode;
typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;
typedef struct zset {
    dict *dict;
    zskiplist *zsl;
} zset;

zskiplist ,跳跃表

length 跳跃表 长度
level 目前跳跃表的最大层数节点

zskiplist 定义了真正的skiplist结构:

  • 头指针header和尾指针tail
  • 链表长度length,即链表包含的节点总数
    这里需要注意一点:
    新创建的 skiplist 包含一个空的头指针,这个头指针不包含在 length 计数中
  • level表示skiplist的总层数,就是所有节点层数的最大值

zskiplistNode , 跳跃表的节点

score 分值
backward 后退指针
forward 前进指针

zskiplistNode 定义了 skiplist 的节点结构:

  • 存放的是sdszadd命令在将数据插入到skiplist里面之前先进行了解码,这样做的目的应该是为了方便在查找的时候对数据进行字典序的比较
  • score 字段是数据对应的分数
  • backward 字段是指向链表前一个节点的指针(前向指针),每一个节点只有1个前向指针,所以只有第1层链表是一个双向链表。
  • level[] 存放指向各层链表后一个节点的指针(后向指针)
    每层对应1个后向指针,用forward字段表示。
  • span值 ,是每个后向指针还对应了一个 span,它表示当前的指针跨越了多少个节点span用于计算元素排名(rank)

关于 redis 源码中,创建节点,插入节点,删除节点的源码都在 src/t_zset.c 里面,详细的源码流程感兴趣的可以细细品读一下,还在品读中

参考资料:

  • redis_doc
  • reids 源码 src/t_zset.csrc/server.h

欢-迎点赞,关注,收藏

朋友们,你的支持和鼓励,是我坚持分享,提高质量的动力

好了,本次就到这里

技术是开放的,我们的心态,更应是开放的。拥抱变化,向阳而生,努力向前行。

我是小魔童哪吒,欢迎点赞关注收藏,下次见~

相关实践学习
基于Redis实现在线游戏积分排行榜
本场景将介绍如何基于Redis数据库实现在线游戏中的游戏玩家积分排行榜功能。
云数据库 Redis 版使用教程
云数据库Redis版是兼容Redis协议标准的、提供持久化的内存数据库服务,基于高可靠双机热备架构及可无缝扩展的集群架构,满足高读写性能场景及容量需弹性变配的业务需求。 产品详情:https://www.aliyun.com/product/kvstore     ------------------------------------------------------------------------- 阿里云数据库体验:数据库上云实战 开发者云会免费提供一台带自建MySQL的源数据库 ECS 实例和一台目标数据库 RDS实例。跟着指引,您可以一步步实现将ECS自建数据库迁移到目标数据库RDS。 点击下方链接,领取免费ECS&RDS资源,30分钟完成数据库上云实战!https://developer.aliyun.com/adc/scenario/51eefbd1894e42f6bb9acacadd3f9121?spm=a2c6h.13788135.J_3257954370.9.4ba85f24utseFl
相关文章
|
28天前
|
存储 NoSQL 关系型数据库
Redis 集合(Set)
10月更文挑战第17天
36 5
|
13天前
|
存储 NoSQL PHP
如何用Redis高效实现点赞功能?用Set?还是Bitmap?
在众多软件应用中,点赞功能几乎成为标配。本文从实际需求出发,探讨如何利用 Redis 的 `Set` 和 `Bitmap` 数据结构设计高效点赞系统,分析其优缺点,并提供 PHP 实现示例。通过对比两种方案,帮助开发者选择最适合的存储方式。
26 3
|
1月前
|
NoSQL 数据可视化 Linux
redis学习四、可视化操作工具链接 centos redis,付费Redis Desktop Manager和免费Another Redis DeskTop Manager下载、安装
本文介绍了Redis的两个可视化管理工具:付费的Redis Desktop Manager和免费的Another Redis DeskTop Manager,包括它们的下载、安装和使用方法,以及在使用Another Redis DeskTop Manager连接Redis时可能遇到的问题和解决方案。
122 1
redis学习四、可视化操作工具链接 centos redis,付费Redis Desktop Manager和免费Another Redis DeskTop Manager下载、安装
|
28天前
|
存储 NoSQL 关系型数据库
Redis 有序集合(sorted set)
10月更文挑战第17天
43 4
|
1月前
|
NoSQL Linux Redis
Docker学习二(Centos):Docker安装并运行redis(成功运行)
这篇文章介绍了在CentOS系统上使用Docker安装并运行Redis数据库的详细步骤,包括拉取Redis镜像、创建挂载目录、下载配置文件、修改配置以及使用Docker命令运行Redis容器,并检查运行状态和使用Navicat连接Redis。
237 3
|
1月前
|
NoSQL Java Redis
shiro学习四:使用springboot整合shiro,正常的企业级后端开发shiro认证鉴权流程。使用redis做token的过滤。md5做密码的加密。
这篇文章介绍了如何使用Spring Boot整合Apache Shiro框架进行后端开发,包括认证和授权流程,并使用Redis存储Token以及MD5加密用户密码。
30 0
shiro学习四:使用springboot整合shiro,正常的企业级后端开发shiro认证鉴权流程。使用redis做token的过滤。md5做密码的加密。
|
1月前
|
NoSQL Redis
redis学习五、错误总结,redis正常运行时后会出现一些bug 总结。
本文介绍了Redis在正常运行时可能遇到的一个错误,即无法进行磁盘持久化的问题,并提供了通过设置`stop-writes-on-bgsave-error`为`no`来解决这一问题的方案。
94 0
|
1月前
|
存储 JavaScript 前端开发
Set、Map、WeakSet 和 WeakMap 的区别
在 JavaScript 中,Set 和 Map 用于存储唯一值和键值对,支持多种操作方法,如添加、删除和检查元素。WeakSet 和 WeakMap 则存储弱引用的对象,有助于防止内存泄漏,适合特定场景使用。
|
2月前
|
存储 Java API
【数据结构】map&set详解
本文详细介绍了Java集合框架中的Set系列和Map系列集合。Set系列包括HashSet(哈希表实现,无序且元素唯一)、LinkedHashSet(保持插入顺序的HashSet)、TreeSet(红黑树实现,自动排序)。Map系列为双列集合,键值一一对应,键不可重复,值可重复。文章还介绍了HashMap、LinkedHashMap、TreeMap的具体实现与应用场景,并提供了面试题示例,如随机链表复制、宝石与石头、前K个高频单词等问题的解决方案。
37 6
【数据结构】map&set详解
|
1月前
|
存储 缓存 Java
【用Java学习数据结构系列】HashMap与TreeMap的区别,以及Map与Set的关系
【用Java学习数据结构系列】HashMap与TreeMap的区别,以及Map与Set的关系
35 1