【Redis】底层探析 I - Redis 有序集合(ZSet)是如何实现的？

**Redis 底层探析 I - Redis 有序集合(ZSet) 是如何实现的?**

Redis 是一个非常流行的内存数据库，它支持多种数据结构，如字符串、列表、哈希表、集合等。在这些数据结构中，有序集合（ZSet）是一个非常重要的组成部分。有序集合是指一个集合中的元素都带有一个分数值，按照这个分数值从小到大进行排序。

在本文中，我们将探讨 Redis 有序集合的底层实现原理，包括其数据结构、算法和相关代码示例。

**1. 有序集合的定义**

有序集合是指一个集合中的元素都带有一个分数值，按照这个分数值从小到大进行排序。例如，我们可以使用有序集合来存储用户的评分信息，如下所示：

| 用户ID |评分 |
| --- | --- |
|1 |90 |
|2 |80 |
|3 |95 |

在这个例子中，用户 ID 是有序集合中的元素，而评分是每个元素的分数值。

**2. 有序集合的数据结构**

Redis 使用一个特殊的数据结构来存储有序集合，这个数据结构称为 ZSET（Sorted Set）。ZSET 由以下几个部分组成：

* **zset**:这是一个哈希表，用于存储有序集合中的元素和它们对应的分数值。
* **zskiplist**:这是一个跳跃列表，用于快速查找和插入有序集合中的元素。

**3. ZSET 的实现**

下面是 Redis 中 ZSET 的实现代码：

ctypedef struct zset {
 dict *zset; // 哈希表，存储元素和分数值 zskiplist *zsl; // 跳跃列表，用于快速查找和插入元素} zset;

// 初始化 ZSETvoid init_zset(zset *z) {
 z->zset = dict_new();
 z->zsl = zskiplist_new();
}

// 添加元素到 ZSET 中int zadd(zset *z, const char *element, double score) {
 // 将元素和分数值添加到哈希表中 dictAdd(z->zset, element, score);
 // 更新跳跃列表 zskiplistUpdate(z->zsl, element, score);
 return1;
}

// 删除元素从 ZSET 中int zrem(zset *z, const char *element) {
 // 从哈希表中删除元素 dictDelete(z->zset, element);
 // 更新跳跃列表 zskiplistUpdate(z->zsl, element, -1.0); // 将分数值设置为负数 return1;
}

在这个代码示例中，我们可以看到 ZSET 由一个哈希表和一个跳跃列表组成。我们使用 `dictAdd` 和 `dictDelete` 函数来添加和删除元素到哈希表中，而使用 `zskiplistUpdate` 函数来更新跳跃列表。

**4. 跳跃列表的实现**

下面是 Redis 中跳跃列表的实现代码：

ctypedef struct zskiplist {
 int level; // 跳跃列表的层数 struct zskiplistNode *header; // 跳跃列表的头结点} zskiplist;

// 初始化跳跃列表zskiplist *zskiplist_new() {
 zskiplist *zsl = malloc(sizeof(zskiplist));
 zsl->level =1;
 zsl->header = NULL;
 return zsl;
}

// 添加元素到跳跃列表中void zskiplistUpdate(zskiplist *zsl, const char *element, double score) {
 // 创建新结点 struct zskiplistNode *node = malloc(sizeof(struct zskiplistNode));
 node->score = score;
 node->element = element;
 // 将新结点添加到跳跃列表中 zskiplistInsert(zsl, node);
}

// 删除元素从跳跃列表中void zskiplistDelete(zskiplist *zsl, const char *element) {
 // 找到要删除的结点 struct zskiplistNode *node = zskiplistFind(zsl, element);
 if (node != NULL) {
 // 删除结点 zskiplistDeleteNode(zsl, node);
 }
}

在这个代码示例中，我们可以看到跳跃列表由一个头结点和多个结点组成。我们使用 `zskiplistInsert` 函数来添加元素到跳跃列表中，而使用 `zskiplistDeleteNode` 函数来删除元素。

**5. 总结**

在本文中，我们探讨了 Redis 有序集合的底层实现原理，包括其数据结构、算法和相关代码示例。我们看到有序集合由一个哈希表和一个跳跃列表组成，而使用 `dictAdd` 和 `dictDelete` 函数来添加和删除元素到哈希表中，而使用 `zskiplistUpdate` 函数来更新跳跃列表。

通过理解 Redis 有序集合的底层实现原理，我们可以更好地利用这个数据结构来存储和管理我们的数据。