导航网站织梦模板,上海人才网最新招聘信息2022年,企业宣传片汇报片拍摄,wordpress投票目录标题 Sorted Set 是什么?Sorted Set 数据结构跳表#xff08;skiplist#xff09;跳表节点的结构定义跳表的定义跳表节点查询层数设置 Sorted Set 基本操作 Sorted Set 是什么?
有序集合#xff08;Sorted Set#xff09;是 Redis 中一种重要的数据类型#xff0c;… 目录标题 Sorted Set 是什么?Sorted Set 数据结构跳表skiplist跳表节点的结构定义跳表的定义跳表节点查询层数设置 Sorted Set 基本操作 Sorted Set 是什么?
有序集合Sorted Set是 Redis 中一种重要的数据类型它本身是集合类型同时也可以支持集合中的元素带有权重并按权重排序。
ZRANGEBYSCORE按照元素权重返回一个范围内的元素ZSCORE返回某个元素的权重值 Sorted Set 数据结构
结构定义server.h实现t_zset.c
结构定义是 zset里面包含哈希表 dict 和跳表 zsl。zset 充分利用了
哈希表的高效单点查询特性ZSCORE跳表的高效范围查询ZRANGEBYSCORE typedef struct zset {dict *dict;zskiplist *zsl;
} zset;
Skiplist用于快速查找、插入和删除操作提供近似O(log N)的时间复杂度
DictionaryHashtables用来存储成员与分数的映射关系确保每个成员的唯一性
跳表skiplist
多层的有序链表。下面展示的是 3 层的跳表头节点是一个 level 数组作为 level0~level2 的头指针。 跳表节点的结构定义
typedef struct zskiplistNode {// sorted set 中的元素sds ele;// 元素权重double score;// 后向指针为了便于从跳表的尾节点倒序查找struct zskiplistNode *backward;// 节点的 level 数组struct zskiplistLevel {// 每层上的前向指针struct zskiplistNode *forward;// 跨度记录节点在某一层 *forward 指针和该节点跨越了 level0 上的几个节点unsigned long span;} level[];
} zskiplistNode;
跳表的定义
typedef struct zskiplist {// 头节点和尾节点struct zskiplistNode *header, *tail;unsigned long length;int level;
} zskiplist; 跳表节点查询
在查询某个节点时跳表会从头节点的最高层开始查找下一个节点 访问下一个节点
当前节点的元素权重 要查找的权重当前节点的元素权重 要查找的权重且节点数据要查找的数据 访问当前节点 level 数组的下一层指针 当前节点的元素权重 要查找的权重
//获取跳表的表头
x zsl-header;
//从最大层数开始逐一遍历
for (i zsl-level-1; i 0; i--) {...while (x-level[i].forward (x-level[i].forward-score score || (x-level[i].forward-score score sdscmp(x-level[i].forward-ele,ele) 0))) {...x x-level[i].forward;}...
}
层数设置
几种方法
每层的节点数约是下一层节点数的一半。 好处查找时类似于二分查找查找复杂度可以减低到 O(logN)坏处每次插入/删除节点都要调整后续节点层数带来额外开销
随机生成每个节点的层数。Redis 跳表采用了这种方法。 Redis 中跳表节点层数是由 zslRandomLevel 函数决定。
int zslRandomLevel(void) {int level 1;while ((random()0xFFFF) (ZSKIPLIST_P * 0xFFFF))level 1;return (levelZSKIPLIST_MAXLEVEL) ? level : ZSKIPLIST_MAXLEVEL;
}其中每层增加的概率是 0.25最大层数是 32。
#define ZSKIPLIST_MAXLEVEL 32 /* Should be enough for 2^64 elements */
#define ZSKIPLIST_P 0.25 /* Skiplist P 1/4 */
跳表插入节点 zslInsert
zskiplistNode *zslInsert(zskiplist *zsl, double score, sds ele) {zskiplistNode *update[ZSKIPLIST_MAXLEVEL], *x;unsigned int rank[ZSKIPLIST_MAXLEVEL];int i, level;serverAssert(!isnan(score));x zsl-header;// 从最高层的 level 开始找for (i zsl-level-1; i 0; i--) {// 每层待插入的位置rank[i] i (zsl-level-1) ? 0 : rank[i1];// forward.score 待插入 score || (forward.score 待插入 score forward.ele ele)while (x-level[i].forward (x-level[i].forward-score score ||(x-level[i].forward-score score sdscmp(x-level[i].forward-ele, ele) 0))) {// 在同一层 level 找下一个节点rank[i] x-level[i].span;x x-level[i].forward;}update[i] x;}// 随机层数level zslRandomLevel();// 如果待插入节点的随机层数 跳表当前的层数if (level zsl-level) {// 增加对应的层数for (i zsl-level; i level; i) {rank[i] 0;update[i] zsl-header;update[i]-level[i].span zsl-length;}zsl-level level;}// 新建节点x zslCreateNode(level, score, ele);// 设置新建节点的 level 数组for (i 0; i level; i) {x-level[i].forward update[i]-level[i].forward;update[i]-level[i].forward x;/* update span covered by update[i] as x is inserted here */x-level[i].span update[i]-level[i].span - (rank[0] - rank[i]);update[i]-level[i].span (rank[0] - rank[i]) 1;}for (i level; i zsl-level; i) {update[i]-level[i].span;}x-backward (update[0] zsl-header) ? NULL : update[0];if (x-level[0].forward)x-level[0].forward-backward x;elsezsl-tail x;zsl-length;return x;
}
跳表删除节点 zslDelete
int zslDelete(zskiplist *zsl, double score, sds ele, zskiplistNode **node) {zskiplistNode *update[ZSKIPLIST_MAXLEVEL], *x;int i;x zsl-header;// 找到待删除的节点for (i zsl-level-1; i 0; i--) {while (x-level[i].forward (x-level[i].forward-score score ||(x-level[i].forward-score score sdscmp(x-level[i].forward-ele,ele) 0))){x x-level[i].forward;}update[i] x;}x x-level[0].forward;// 判断节点的 score 和 ele 是否符合条件if (x score x-score sdscmp(x-ele,ele) 0) {// 删除该节点zslDeleteNode(zsl, x, update);if (!node)// 释放内存zslFreeNode(x);else*node x;return 1;}return 0; /* not found */
}
Sorted Set 基本操作
首先看下如何创建跳表代码在 object.c 中可以看到会调用 dictCreate 函数创建哈希表之后调用 zslCreate 函数创建跳表。
robj *createZsetObject(void) {zset *zs zmalloc(sizeof(*zs));robj *o;zs-dict dictCreate(zsetDictType,NULL);zs-zsl zslCreate();o createObject(OBJ_ZSET,zs);o-encoding OBJ_ENCODING_SKIPLIST;return o;
}
哈希表和跳表的数据必须保持一致。我们通过 zsetAdd 函数研究一下。
zsetAdd 啥都不说了都在流程图里。 首先判断编码是 ziplist还是 skiplist。
ziplist 编码 里面需要判断是否要转换编码如果转换编码则需要调用 zsetConvert 转换成 ziplist 编码这里就不叙述了。
// ziplist 编码时的处理逻辑
if (zobj-encoding OBJ_ENCODING_ZIPLIST) {unsigned char *eptr;// zset 存在要插入的元素if ((eptr zzlFind(zobj-ptr, ele, curscore)) ! NULL) {// 存储要插入的元素时在 not exist 时更新if (nx) {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}……if (newscore) *newscore score;// 原来的 score 和待插入 score 不同if (score ! curscore) {// 先删除原来的元素zobj-ptr zzlDelete(zobj-ptr, eptr);// 插入新元素zobj-ptr zzlInsert(zobj-ptr, ele, score);*out_flags | ZADD_OUT_UPDATED;}return 1;}// zset 中不存在要插入的元素else if (!xx) {// 检测 ele 是否过大 || ziplist 过大if (zzlLength(zobj-ptr) 1 server.zset_max_ziplist_entries ||sdslen(ele) server.zset_max_ziplist_value ||!ziplistSafeToAdd(zobj-ptr, sdslen(ele))) {// 转换成 skiplist 编码zsetConvert(zobj, OBJ_ENCODING_SKIPLIST);} else {// 在 ziplist 中插入 (element,score) pairzobj-ptr zzlInsert(zobj-ptr, ele, score);if (newscore) *newscore score;*out_flags | ZADD_OUT_ADDED;return 1;}} else {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}
}
skiplist 编码
// skiplist 编码时的处理逻辑
if (zobj-encoding OBJ_ENCODING_SKIPLIST) {zset *zs zobj-ptr;zskiplistNode *znode;dictEntry *de;// 从哈希表中查询新增元素de dictFind(zs-dict, ele);// 查询到该元素if (de ! NULL) {/* NX? Return, same element already exists. */if (nx) {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}……if (newscore) *newscore score;// 权重发生变化if (score ! curscore) {// 更新跳表节点znode zslUpdateScore(zs-zsl, curscore, ele, score);// 让哈希表的元素的值指向跳表节点的权重dictGetVal(de) znode-score; /* Update score ptr. */*out_flags | ZADD_OUT_UPDATED;}return 1;}// 如果新元素不存在else if (!xx) {ele sdsdup(ele);// 在跳表中插入新元素znode zslInsert(zs-zsl, score, ele);// 在哈希表中插入新元素serverAssert(dictAdd(zs-dict, ele, znode-score) DICT_OK);*out_flags | ZADD_OUT_ADDED;if (newscore) *newscore score;return 1;} else {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}
}
zsetAdd 整体代码
int zsetAdd(robj *zobj, double score, sds ele, int in_flags, int *out_flags, double *newscore) {/* Turn options into simple to check vars. */int incr (in_flags ZADD_IN_INCR) ! 0;int nx (in_flags ZADD_IN_NX) ! 0;int xx (in_flags ZADD_IN_XX) ! 0;int gt (in_flags ZADD_IN_GT) ! 0;int lt (in_flags ZADD_IN_LT) ! 0;*out_flags 0; /* Well return our response flags. */double curscore;/* NaN as input is an error regardless of all the other parameters. */// 判断 score 是否合法不合法直接 returnif (isnan(score)) {*out_flags ZADD_OUT_NAN;return 0;}/* Update the sorted set according to its encoding. */// ziplist 编码时的处理逻辑if (zobj-encoding OBJ_ENCODING_ZIPLIST) {unsigned char *eptr;// zset 存在要插入的元素if ((eptr zzlFind(zobj-ptr, ele, curscore)) ! NULL) {// 存储要插入的元素时在 not exist 时更新if (nx) {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}/* Prepare the score for the increment if needed. */if (incr) {score curscore;if (isnan(score)) {*out_flags | ZADD_OUT_NAN;return 0;}}/* GT/LT? Only update if score is greater/less than current. */if ((lt score curscore) || (gt score curscore)) {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}if (newscore) *newscore score;// 原来的 score 和待插入 score 不同if (score ! curscore) {// 先删除原来的元素zobj-ptr zzlDelete(zobj-ptr, eptr);// 插入新元素zobj-ptr zzlInsert(zobj-ptr, ele, score);*out_flags | ZADD_OUT_UPDATED;}return 1;}// zset 中不存在要插入的元素else if (!xx) {// 检测 ele 是否过大 || ziplist 过大if (zzlLength(zobj-ptr) 1 server.zset_max_ziplist_entries ||sdslen(ele) server.zset_max_ziplist_value ||!ziplistSafeToAdd(zobj-ptr, sdslen(ele))) {// 转换成 skiplist 编码zsetConvert(zobj, OBJ_ENCODING_SKIPLIST);} else {// 在 ziplist 中插入 (element,score) pairzobj-ptr zzlInsert(zobj-ptr, ele, score);if (newscore) *newscore score;*out_flags | ZADD_OUT_ADDED;return 1;}} else {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}}/* Note that the above block handling ziplist would have either returned or* converted the key to skiplist. */// skiplist 编码时的处理逻辑if (zobj-encoding OBJ_ENCODING_SKIPLIST) {zset *zs zobj-ptr;zskiplistNode *znode;dictEntry *de;// 从哈希表中查询新增元素de dictFind(zs-dict, ele);// 查询到该元素if (de ! NULL) {/* NX? Return, same element already exists. */if (nx) {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}// 从哈希表中查询元素的权重curscore *(double *) dictGetVal(de);// 如果要更新元素权重值if (incr) {score curscore;if (isnan(score)) {*out_flags | ZADD_OUT_NAN;return 0;}}/* GT/LT? Only update if score is greater/less than current. */if ((lt score curscore) || (gt score curscore)) {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}if (newscore) *newscore score;// 权重发生变化if (score ! curscore) {// 更新跳表节点znode zslUpdateScore(zs-zsl, curscore, ele, score);// 让哈希表的元素的值指向跳表节点的权重dictGetVal(de) znode-score; /* Update score ptr. */*out_flags | ZADD_OUT_UPDATED;}return 1;}// 如果新元素不存在else if (!xx) {ele sdsdup(ele);// 在跳表中插入新元素znode zslInsert(zs-zsl, score, ele);// 在哈希表中插入新元素serverAssert(dictAdd(zs-dict, ele, znode-score) DICT_OK);*out_flags | ZADD_OUT_ADDED;if (newscore) *newscore score;return 1;} else {*out_flags | ZADD_OUT_NOP;return 1;}} else {serverPanic(Unknown sorted set encoding);}return 0; /* Never reached. */
}
zsetDel
int zsetDel(robj *zobj, sds ele) {// ziplist 编码if (zobj-encoding OBJ_ENCODING_ZIPLIST) {unsigned char *eptr;// 找到对应的节点if ((eptr zzlFind(zobj-ptr, ele, NULL)) ! NULL) {// 从 ziplist 中删除zobj-ptr zzlDelete(zobj-ptr, eptr);return 1;}}// skiplist 编码else if (zobj-encoding OBJ_ENCODING_SKIPLIST) {zset *zs zobj-ptr;// 从 skiplist 中删除if (zsetRemoveFromSkiplist(zs, ele)) {if (htNeedsResize(zs-dict)) dictResize(zs-dict);return 1;}} else {serverPanic(Unknown sorted set encoding);}return 0; /* No such element found. */
}
Redis 的有序集合通过跳跃表和字典的结合既保证了成员的唯一性又提供了高效的排序和检索能力使其成为处理需要排序数据的理想选择。
