有序集合类型 (Sorted Set) 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。有序集合的存储元素值也是不能重复的,但分值是可以重复的。
当我们把学生的成绩存储在有序集合中时,它的存储结构如下图所示:
下面我们先从有序集合的使用开始说起。
语法:zadd key [NX|XX] [CH] [INCR] score member [score member …] 示例:
1 | 127.0.0.1:6379> zadd zset1 10 java |
可以看出有序集合的添加是 zadd 键值 分值1 元素值1 分值2 元素值2
的形式添加的。
语法:zrange key start stop [WITHSCORES] 示例:
1 | 127.0.0.1:6379> zrange zset 0 -1 |
其中 -1 表示最后一个元素,查询结果包含开始和结束元素。
语法:zrem key member [member …] 示例:
1 | 127.0.0.1:6379> zrangebyscore zset1 0 -1 #查询所有元素 |
删除命令中如果包含了不存在的元素,并不会影响命令的正常执行,不存在的元素将会被忽略。
语法:zscore key member 示例:
1 | 127.0.0.1:6379> zscore zset1 redis |
语法:zrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count] 示例:
1 | 127.0.0.1:6379> zrangebyscore zset1 3 10 |
语法:zrank key member 示例:
1 | 127.0.0.1:6379> zadd zset 5 redis 10 java 8 mysql #创建有序集合 |
可以看出,排名是从 0 开始的,排名可以理解为元素排序后的下标值。
更多操作命令,详见附录部分。
下面来看有序集合在 Java 中的使用,同样先添加 Jedis 框架,示例代码如下:
1 | import redis.clients.jedis.Jedis; |
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,如下代码所示:
1 | 127.0.0.1:6379> zadd myzset 1 db 2 redis 3 mysql |
从结果可以看出,有序集合把 myset 键值对存储在 ziplist 结构中了。 有序集合使用 ziplist 格式存储必须满足以下两个条件:
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。 接下来我们来测试以下,当有序集合中某个元素长度大于 64 字节时会发生什么情况? 代码如下:
1 | 127.0.0.1:6379> zadd zmaxleng 1.0 redis |
通过以上代码可以看出,当有序集合保存的所有元素成员的长度大于 64 字节时,有序集合就会从 ziplist 转换成为 skiplist。
小贴士:可以通过配置文件中的 zset-max-ziplist-entries(默认 128)和 zset-max-ziplist-value(默认 64)来设置有序集合使用 ziplist 存储的临界值。
skiplist 数据编码底层是使用 zset 结构实现的,而 zset 结构中包含了一个字典和一个跳跃表,源码如下:
1 | typedef struct zset { |
更多关于跳跃表的源码实现,会在后面的章节详细介绍。
跳跃表的结构如下图所示:
根据以上图片展示,当我们在跳跃表中查询值 32 时,执行流程如下:
从上面的流程可以看出,跳跃表会想从最上层开始找起,依次向后查找,如果本层的节点大于要找的值,或者本层的节点为 Null 时,以上一个节点为目标,往下移一层继续向后查找并循环此流程,直到找到该节点并返回,如果对比到最后一个元素仍未找到,则返回 Null。
因为跳跃表的性能和红黑树基本相近,但却比红黑树更好实现,所有 Redis 的有序集合会选用跳跃表来实现存储。
有序集合的经典使用场景如下:
通过本文的学习我们了解到,有序集合具有唯一性和排序的功能,排序功能是借助分值字段 score 实现的,score 字段不仅可以实现排序功能,还可以实现数据的赛选与过滤的功能。我们还了解到了有序集合是由 压缩列表 (ziplist) 或跳跃列表 (skiplist) 来存储的,当元素个数小于 128 个,并且所有元素的值都小于 64 字节时,有序集合会采取 ziplist 来存储,反之则会用 skiplist 来存储,其中 skiplist 是从上往下、从前往后进行元素查找的,相比于传统的普通列表,可能会快很多,因为普通列表只能从前往后依次查找。