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有序集合ZSET【Redis对象篇】

🏆 作者简介:席万里
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✍️ 一名后端开发小趴菜,同时略懂Vue与React前端技术,也了解一点微信小程序开发。
🍻 对计算机充满兴趣,愿意并且希望学习更多的技术,接触更多的大神,提高自己的编程思维和解决问题的能力。

Sorted SET

文章目录

  • 跳表
    • 1.跳表是什么?
    • 2.Redis的跳表实现
    • 总结(重要)
  • ZSET
    • 1.ZSET是什么?
    • 2.适用场景
    • 3.常用操作
    • 4.底层实现
    • 5.总结(重要)

跳表

1.跳表是什么?

跳表是Redis有序集合ZSet底层的数据结构,跳表在ZSET中尤其重要。
跳表的本质还是链表,只是在普通链表的基础上,增加了多级的索引,通过索引可以一次实现多个节点的跳跃,提高性能。
跳表的结构
[图片]

标准的跳表(Redis不是使用标准的跳表)有以下限制:

  1. score值不能重复;
  2. 只有向前指针,没有回退指针。

2.Redis的跳表实现

[图片]

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Redis跳表单个节点有几层?
层次的决定,需要比较随机,Redis是使用概率均衡的思路来确定新插入节点的层数。

Redis跳表决定每一个节点,是否能增加一层的概率为25%,而最大层数限制在Redis5.0是64层,Redis7.0是32层。

Redis跳表优化了多少?
O(N)降低到log(N)。

总结(重要)

1、跳表是什么?和普通链表的区别?

跳表也算链表,不过相对普通链表,增加了多级索引,通过索引可以实现O(logN)的元素查找效率。

2、聊聊跳表的查找过程?
从高级索引往后找,如果下个节点比当前大,就降级继续找。

3、跳表查询节点总数的平均时间复杂度?
跳变编码模式下,查询节点总数的平均时间复杂度是O(1),因为跳表头结构中定义了一个保存节点数量的字段Length,源码中调用查询节点总数的api时会直接返回这个字段。

4、跳表中一个节点的层高是怎么决定的?
跳表插入新节点会计算一个随机的层高,跳表的每一个节点一开始默认都是1层,然后每增加一层的概率都是25%,在5.0版本最高为64层。

5、跳表插入一条数据的平均时间复杂度?
跳表是一种支持多级索引的结构,查询效率媲美二分查找,插入一条数据的时间复杂度为OlogN。

6、跳表插入数据会影响其他节点吗?
不会。节点层高在创建时就确认了,不会被新插入节点影响。新插入节点只会影响每一层前一跳、后一跳的关联指针。

ZSET

1.ZSET是什么?

ZSET就是有序集合,也叫SORTED SET,是一组按关联积分有序的字符串集合,这里的分数是个抽象概念,任何指标都可以抽象为分数,以满足不同场景。积分相同的情况下,按字典序排序。

2.适用场景

用于需要排序集合的场景,最为典型的就是游戏排行榜。

3.常用操作

  • 创建:ZADD
  • 查询:ZRANGE、ZCOUNT、ZRANK、ZCARD、ZSCORE
  • 更新:ZADD、ZREN
  • 删除:DEL、UNLINK
    1.写操作
    1、ZADD key scoremember [score member …]
    向ZSET增加数据,如果key已经存在,则更新对应数据。
    扩展参数:
  • XX:仅更新存在的成员,不添加新成员。
  • NX:不更新存在的成员,只添加新成员。
  • LT:更新新的分值比当前分值小的成员,不存在则新增。
  • GT:更新新的分值比当前分值大的成员,不存在则新增。
    [图片]

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2、ZREM key member[member …] ,删除ZSET中的元素。
2.读操作
1、ZCARD key,查看成员总数。
2、ZRANGE key start stop,查看从start到stop范围的ZSET数据。
3、ZREVRANGE key start stop,从大到小遍历。

4、ZCOUNT key min max,计算min-max积分范围的成员个数。
5、ZRANK key member,查看ZSET中的member的排名索引。
6、ZSCORE key member,查询ZSET中成员的分数。
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4.底层实现

ZSET编码有两种方式,一种是ZIPLIST,另一种是SKIPLIST+HASHTABLE。
ZIPLIST编码的使用条件:

  1. 列表对象保存的所有字符串对象长度都小于64字节。
  2. 列表对象元素个数少于128个。
    若有一条不满足,编码就使用SKIPLIST+HASHTABLE。
    SKIPLIST是一种可以快速查找的多级链表结构。并且还使用HASHTABLE来配合查询O(1)。
    [图片]

5.总结(重要)

1、ZSET底层有哪些编码方式?
ZSET底层有两种编码方式,当ZSET元素大小小于64字节,数量小于128时,编码为ZIPLIST,否则就为HASHTABL+SKIPLIST。

2、跳表模式下,查询节点总数的时间复杂度?
通过字段获得,O(1)。

3、跳表中一个节点的层高是怎么决定的?
跳表的每一个节点每增加一层的概率都是25%,最高为32层。

4、跳表插入一条数据的平均时间是多少?
跳表通过创建多级索引的方式,可以对比二分查找,理论上,插入一条数据的时间复杂度为Ologn。

5、为什么跳表和HASHTABLE配合使用呢?
跳表适合范围查询,HT适合单点查询,执行ZSCORE的时候用HT,执行ZRANK的时候用跳表。

6、为什么不用B+树?
B+树的数据都存放在叶子节点,使得查找时可能会占用更大的内存,而且B+树插入数据需要维护树的平衡,开销比跳表更大。

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