這篇文章給大家介紹同一份數(shù)據(jù)Redis需要存兩次法人原因是什么，內(nèi)容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。
Redis 中的集合對象是一個包含字符串類型元素的無序集合，集合中元素不可重復(fù)。
集合對象的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有兩種：intset 和hashtable。內(nèi)部通過編碼來進行區(qū)分：
| 編碼屬性 | 描述 | object encoding命令返回值 |
|---|---|---|
| OBJ_ENCODING_INTSET | 使用整數(shù)集合實現(xiàn)的集合對象 | intset |
| OBJ_ENCODING_HT | 使用字典實現(xiàn)的集合對象 | hashtable |
intset 編碼
intset（整數(shù)集合）可以保存類型為int16_t，int32_t，int64_t 的整數(shù)值，并且保證集合中沒有重復(fù)元素。intset 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下（源碼inset.h 內(nèi)）：
重慶分公司
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typedef struct intset {
uint32_t encoding;//編碼方式
uint32_t length;//當(dāng)前集合中的元素數(shù)量
int8_t contents[];//集合中具體的元素
} intset;下圖就是一個intset 的集合對象存儲簡圖：
encoding
在intset 內(nèi)部的encoding 記錄了當(dāng)前整數(shù)集合的數(shù)據(jù)存儲類型，主要有三種：
INTSET_ENC_INT16
此時contents[] 內(nèi)的每個元素都是一個int16_t 類型的整數(shù)值，范圍是：-32768 ~ 32767（-2 的 15 次方 ~ 2 的 15 次方 - 1）。
INTSET_ENC_INT32
此時contents[] 內(nèi)的每個元素都是一個int32_t 類型的整數(shù)值，范圍是：-2147483648 ~ 2147483647（-2 的 31 次方 ~ 2 的 31 次方 - 1）。
INTSET_ENC_INT64
此時contents[] 內(nèi)的每個元素都是一個int64_t 類型的整數(shù)值，范圍是：-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807（-2 的 63 次方 ~ 2 的 63 次方 - 1）。
contents[]
contents[] 雖然結(jié)構(gòu)的定義上寫的是int8_t 類型，但是實際存儲類型是由上面的encoding 來決定的。
整數(shù)集合的升級
假如一開始整數(shù)集合中的元素都是16 位的，采用int16_t 類型來存儲，此時需要再存儲一個32 位的整數(shù)，那么就需要對原先的整數(shù)集合進行升級，升級之后才能將32 位的整數(shù)存儲到整數(shù)集合內(nèi)。這就涉及到了整數(shù)集合的類型升級，升級過程主要有4 個步驟：
根據(jù)新添加元素的類型來擴展底層數(shù)組空間的大小，按照升級后現(xiàn)有元素的位數(shù)來分配新的空間。
將現(xiàn)有的元素進行類型轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換類型后的元素從后到前逐個重新放回到數(shù)組內(nèi)。
將新元素放到數(shù)組的頭部或者尾部（因為觸發(fā)升級的條件就是當(dāng)前數(shù)組的整數(shù)類型無法存儲新元素，所以新元素要么比現(xiàn)有元素都大，要么就比現(xiàn)有元素都?。?。
將encoding 屬性修改為新的編碼，并且同步修改length 屬性。
PS：和字符串對象的編碼一樣，整數(shù)集合的類型一旦發(fā)生升級，將會保持編碼，無法降級。
升級示例
假如我們有一個集合存儲的encoding 是int16_t，內(nèi)部存儲了3 個元素：
這時候需要插入一個整數(shù)50000，發(fā)現(xiàn)存儲不下去，而50000 是一個int32_t 類型整數(shù)，所以需要申請新空間，申請空間大小為4 * 32 - 48=80。
現(xiàn)在新的數(shù)組內(nèi)要放置4 個元素，原來的數(shù)組排在第3，所以需要將升級后的3 移動到64-95 位。
繼續(xù)將升級后的2 移動到32-63 位。
繼續(xù)將升級后的1 移動到0-31 位。
然后會將50000 放到96-127 位。
最后會修改encoding 和length 屬性，修改之后就完成了本次的升級。
hashtable 編碼
hashtable 結(jié)構(gòu)在前面講述哈希對象的時候進行過詳細分析，想詳細了解的可以點擊這里。
intset 和 hashtable 編碼轉(zhuǎn)換
當(dāng)一個集合滿足以下兩個條件時，Redis 會選擇使用intset 編碼：
集合對象保存的所有元素都是整數(shù)值。集合對象保存的元素數(shù)量小于等于512 個（這個閾值可以通過配置文件set-max-intset-entries 來控制）。
一旦集合中的元素不滿足上面兩個條件，則會選擇使用hashtable 編碼。
集合對象常用命令
sadd key member1 member2：將一個或多個元素member 加入到集合key 當(dāng)中，并返回添加成功的數(shù)目，如果元素已存在則被忽略。
sismember key member：判斷元素member 是否存在集合key 中。
srem key member1 member2：移除集合key 中的元素，不存在的元素會被忽略。
smove source dest member：將元素member 從集合source 中移動到dest 中，如果member 不存在，則不執(zhí)行任何操作。
smembers key：返回集合key 中所有元素。
了解了操作集合對象的常用命令，我們就可以來驗證下前面提到的哈希對象的類型和編碼了，在測試之前為了防止其他key 值的干擾，我們先執(zhí)行flushall 命令清空Redis 數(shù)據(jù)庫。
依次執(zhí)行如下命令：
sadd num 1 2 3 //設(shè)置 3 個整數(shù)的集合，會使用 intset 編碼 type num //查看類型 object encoding num //查看編碼 sadd name 1 2 3 test //設(shè)置 3 個整數(shù)和 1 個字符串的集合，會使用 hashtable 編碼 type name //查看類型 object encoding name //查看編碼
得到如下效果：
可以看到，當(dāng)設(shè)置的元素里面只有整數(shù)時，集合使用的就是intset 編碼，當(dāng)設(shè)置的元素中含有非整數(shù)時，使用的就是hashtable 編碼。
五種基本類型之有序集合對象
Redis 中的有序集合和集合的區(qū)別是有序集合中的每個元素都會關(guān)聯(lián)一個double 類型的分數(shù)，然后按照分數(shù)從小到大的順序進行排列。換句話說，有序集合的順序是由我們自己設(shè)值的時候通過分數(shù)來確定的。
有序集合對象的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有兩種：skiplist 和ziplist。內(nèi)部同樣是通過編碼來進行區(qū)分：
| 編碼屬性 | 描述 | object encoding命令返回值 |
|---|---|---|
| OBJ_ENCODING_SKIPLIST | 使用跳躍表實現(xiàn)的有序集合對象 | skiplist |
| OBJ_ENCODING_ZIPLIST | 使用壓縮列表實現(xiàn)的有序集合對象 | ziplist |
skiplist 編碼
skiplist 即跳躍表，有時候也簡稱為跳表。使用skiplist 編碼的有序集合對象使用了zset 結(jié)構(gòu)來作為底層實現(xiàn)，而zset 中同時包含了一個字典和一個跳躍表。
跳躍表
跳躍表是一種有序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其主要特點是通過在每個節(jié)點中維持多個指向其他節(jié)點的指針，從而達到快速訪問節(jié)點的目的。
大部分情況下，跳躍表的效率可以等同于平衡樹，但是跳躍表的實現(xiàn)卻遠遠比平衡樹的實現(xiàn)簡單，所以Redis 選擇了使用跳躍表來實現(xiàn)有序集合。
下圖是一個普通的有序鏈表，我們?nèi)绻胍业?code>35 這個元素，只能從頭開始遍歷到尾（鏈表中元素不支持隨機訪問，所以不能用二分查找，而數(shù)組中可以通過下標隨機訪問，所以二分查找一般適用于有序數(shù)組），時間復(fù)雜度是O(n)。
那么假如我們可以直接跳到鏈表的中間，那就可以節(jié)省很多資源了，這就是跳表的原理，如下圖所示就是一個跳表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例：
上圖中level1，level2，level3 就是跳表的層級，每一個level 層級都有一個指向下一個相同level 層級元素的指針，比如上圖我們遍歷尋找元素35 的時候就有三種方案：
第1 種就是執(zhí)行level1 層級的指針，需要遍歷7 次（1->8->9->12->15->20->35）才能找到元素35。
第2 種就是執(zhí)行level2 層級的指針，只需要遍歷5 次（1->9->12->15->35）就能找到元素35。
第3 種就是執(zhí)行level3 層級的元素，這時候只需要遍歷3 次（1->12->35）就能找到元素35 了，大大提升了效率。
skiplist 的存儲結(jié)構(gòu)
跳躍表中的每個節(jié)點是一個zskiplistNode 節(jié)點（源碼server.h 內(nèi)）：
typedef struct zskiplistNode {
sds ele;//元素
double score;//分值
struct zskiplistNode *backward;//后退指針
struct zskiplistLevel {//層
struct zskiplistNode *forward;//前進指針
unsigned long span;//當(dāng)前節(jié)點到下一個節(jié)點的跨度（跨越的節(jié)點數(shù)）
} level[];
} zskiplistNode;level（層）
level 即跳躍表中的層，其是一個數(shù)組，也就是說一個節(jié)點的元素可以擁有多個層，即多個指向其他節(jié)點的指針，程序可以通過不同層級的指針來選擇最快捷的路徑提升訪問速度。
level 是在每次創(chuàng)建新節(jié)點的時候根據(jù)冪次定律（power law）隨機生成的一個介于1~32 之間的數(shù)字。
forward（前進指針）
每個層都會有一個指向鏈表尾部方向元素的指針，遍歷元素的時候需要使用到前進指針。
span（跨度）
跨度記錄了兩個節(jié)點之間的距離,需要注意的是，如果指向了NULL 的話，則跨度為0。
backward（后退指針）
和前進指針不一樣的是后退指針只有一個，所以每次只能后退至前一個節(jié)點（上圖中沒有畫出后退指針）。
ele（元素）
跳躍表中元素是一個sds 對象（早期版本使用的是redisObject 對象），元素必須不能重復(fù)。
score（分值）
節(jié)點的分值是一個double 類型的浮點數(shù)，跳躍表中會將節(jié)點按照分值按照從小到大的順序排列，不同節(jié)點的分值可以重復(fù)。
上面介紹的只是跳躍表中的一個節(jié)點，多個zskiplistNode 節(jié)點組成了一個zskiplist 對象：
typedef struct zskiplist {
struct zskiplistNode *header, *tail;//跳躍表的頭節(jié)點和尾結(jié)點指針
unsigned long length;//跳躍表的節(jié)點數(shù)
int level;//所有節(jié)點中較大的層數(shù)
} zskiplist;到這里你可能以為有序集合就是用這個zskiplist 來實現(xiàn)的，然而實際上Redis 并沒有直接使用zskiplist 來實現(xiàn)，而是用zset 對象再次進行了一層包裝。
typedef struct zset {
dict *dict;//字典對象
zskiplist *zsl;//跳躍表對象
} zset;所以最終，一個有序集合如果使用了skiplist 編碼，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
上圖中上面一部分中的字典中的key 就是對應(yīng)了有序集合中的元素（member），value 就對應(yīng)了分值（score）。上圖中下面一部分中跳躍表整數(shù)1,8,9,12 也是對應(yīng)了元素（member），最后一排的double 型數(shù)字就是分值（score）。
為什么同時選擇使用字典和跳躍表
有序集合直接使用跳躍表或者單獨使用字典完全可以獨自實現(xiàn)，但是我們想一下，如果單獨使用跳躍表來實現(xiàn)，那么雖然可以使用跨度大的指針去遍歷元素來找到我們需要的數(shù)據(jù)，但是其復(fù)雜度仍然達到了O(logN)，而字典中獲取一個元素的復(fù)雜度是O(1)，而如果單獨使用字典雖然獲取元素很快，但是字典是無序的，所以如果要范圍查找就需要對其進行排序，這又是一個耗時的操作，所以Redis 綜合了兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來較大程度的提升性能，這也是Redis 設(shè)計的精妙之處。
ziplist 編碼
壓縮列表在列表對象和哈希對象都有使用到，想詳細了解的可以點擊這里。
ziplist 和 skiplist 編碼轉(zhuǎn)換
當(dāng)有序集合對象同時滿足以下兩個條件時，會使用ziplist 編碼進行存儲：
有序集合對象中保存的元素個數(shù)小于128 個（可以通過配置zset-max-ziplist-entries 修改）。
有序集合對象中保存的所有元素的總長度小于64 字節(jié)（可以通過配置zset-max-ziplist-value 修改）。
有序集合對象常用命令
zadd key score1 member1 score2 member2：將一個或多個元素（member）及其score 添加到有序集合key 中。
zscore key member：返回有序集合key 中member 成員的score。
zincrby key num member：將有序集合key 中的member 加上num，num 可以為負數(shù)。
zcount key min max：返回有序集合key 中score 值在[min,max] 區(qū)間的member 數(shù)量。
zrange key start stop：返回有序集合key 中score 從小到大排列后在[start,stop] 區(qū)間的所有member。
zrevrange key start stop：返回有序集合key 中score 從大到小排列后在[start,stop] 區(qū)間的所有member。zrangebyscore key min max：返回有序集合中按score 從小到大排列后在[min,max] 區(qū)間的所有元素。
注意這里默認是閉區(qū)間，但是可以在max 和min 的數(shù)值前面加上( 或者[ 來控制開閉區(qū)間。zrevrangebyscore key max min：返回有序集合中按score 從大到小排列后在[min,max] 區(qū)間的所有元素。
注意這里默認是閉區(qū)間，但是可以在max 和min 的數(shù)值前面加上( 或者[ 來控制開閉區(qū)間。
zrank key member：返回有序集合中member 中元素排名（從小到大），返回的結(jié)果從0 開始計算。
zrevrank key member：返回有序集合中member 中元素排名（從大到?。祷氐慕Y(jié)果從0 開始計算。
zlexcount key min max：返回有序集合中min 和max 之間的member 數(shù)量。
注意這個命令中的min 和max 前面必須加( 或者[ 來控制開閉區(qū)間，特殊值- 和+ 分別表示負無窮和正無窮。
了解了操作有序集合對象的常用命令，我們就可以來驗證下前面提到的哈希對象的類型和編碼了，在測試之前為了防止其他key 值的干擾，我們先執(zhí)行flushall 命令清空Redis 數(shù)據(jù)庫。
在執(zhí)行命令之前，我們先把配置文件中的參數(shù)zset-max-ziplist-entries 修改為2，然后重啟Redis 服務(wù)。
重啟完成之后依次執(zhí)行如下命令：
zadd name 1 zs 2 lisi //設(shè)置 2 個元素會使用 ziplist type name //查看類型 object encoding name //查看編碼 zadd address 1 beijing 2 shanghai 3 guangzhou 4 shenzhen //設(shè)置4個元素則會使用 skiplist編碼 type address //查看類型 object encoding address //查看編碼
得到如下效果：
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