这篇文章给大家介绍同一份数据Redis需要存两次法人原因是什么，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。

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五种基本类型之集合对象

Redis 中的集合对象是一个包含字符串类型元素的无序集合，集合中元素不可重复。

集合对象的底层数据结构有两种：intset 和hashtable。内部通过编码来进行区分：

编码属性	描述	object encoding命令返回值
OBJ_ENCODING_INTSET	使用整数集合实现的集合对象	intset
OBJ_ENCODING_HT	使用字典实现的集合对象	hashtable

intset 编码

intset（整数集合）可以保存类型为int16_t，int32_t，int64_t 的整数值，并且保证集合中没有重复元素。
intset 数据结构定义如下（源码inset.h 内）：

typedef struct intset {
  uint32_t encoding;//编码方式
  uint32_t length;//当前集合中的元素数量
  int8_t contents[];//集合中具体的元素
} intset;

下图就是一个intset 的集合对象存储简图：

encoding

在intset 内部的encoding 记录了当前整数集合的数据存储类型，主要有三种：

• INTSET_ENC_INT16

  
  

• 此时contents[] 内的每个元素都是一个int16_t 类型的整数值，范围是：-32768 ~ 32767（-2 的 15 次方 ~ 2 的 15 次方 - 1）。

• INTSET_ENC_INT32

  
  

• 此时contents[] 内的每个元素都是一个int32_t 类型的整数值，范围是：-2147483648 ~ 2147483647（-2 的 31 次方 ~ 2 的 31 次方 - 1）。

• INTSET_ENC_INT64

  
  

• 此时contents[] 内的每个元素都是一个int64_t 类型的整数值，范围是：-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807（-2 的 63 次方 ~ 2 的 63 次方 - 1）。

contents[]

contents[] 虽然结构的定义上写的是int8_t 类型，但是实际存储类型是由上面的encoding 来决定的。

整数集合的升级

假如一开始整数集合中的元素都是16 位的，采用int16_t 类型来存储，此时需要再存储一个32 位的整数，那么就需要对原先的整数集合进行升级，升级之后才能将32 位的整数存储到整数集合内。这就涉及到了整数集合的类型升级，升级过程主要有4 个步骤：

• 根据新添加元素的类型来扩展底层数组空间的大小，按照升级后现有元素的位数来分配新的空间。

• 将现有的元素进行类型转换，并将转换类型后的元素从后到前逐个重新放回到数组内。

• 将新元素放到数组的头部或者尾部（因为触发升级的条件就是当前数组的整数类型无法存储新元素，所以新元素要么比现有元素都大，要么就比现有元素都小）。

• 将encoding 属性修改为新的编码，并且同步修改length 属性。

PS：和字符串对象的编码一样，整数集合的类型一旦发生升级，将会保持编码，无法降级。

升级示例

假如我们有一个集合存储的encoding 是int16_t，内部存储了3 个元素：

这时候需要插入一个整数50000，发现存储不下去，而50000 是一个int32_t 类型整数，所以需要申请新空间，申请空间大小为4 * 32 - 48=80。

现在新的数组内要放置4 个元素，原来的数组排在第3，所以需要将升级后的3 移动到64-95 位。

继续将升级后的2 移动到32-63 位。

继续将升级后的1 移动到0-31 位。

然后会将50000 放到96-127 位。

最后会修改encoding 和length 属性，修改之后就完成了本次的升级。

hashtable 编码

hashtable 结构在前面讲述哈希对象的时候进行过详细分析，想详细了解的可以点击这里。

intset 和 hashtable 编码转换

当一个集合满足以下两个条件时，Redis 会选择使用intset 编码：

• 集合对象保存的所有元素都是整数值。集合对象保存的元素数量小于等于512 个（这个阈值可以通过配置文件set-max-intset-entries 来控制）。

• 一旦集合中的元素不满足上面两个条件，则会选择使用hashtable 编码。

集合对象常用命令

sadd key member1 member2：将一个或多个元素member 加入到集合key 当中，并返回添加成功的数目，如果元素已存在则被忽略。

• sismember key member：判断元素member 是否存在集合key 中。

• srem key member1 member2：移除集合key 中的元素，不存在的元素会被忽略。

• smove source dest member：将元素member 从集合source 中移动到dest 中，如果member 不存在，则不执行任何操作。

• smembers key：返回集合key 中所有元素。

了解了操作集合对象的常用命令，我们就可以来验证下前面提到的哈希对象的类型和编码了，在测试之前为了防止其他key 值的干扰，我们先执行flushall 命令清空Redis 数据库。

依次执行如下命令：

sadd num 1 2 3 //设置 3 个整数的集合，会使用 intset 编码
type num //查看类型
object encoding num  //查看编码

sadd name 1 2 3 test //设置 3 个整数和 1 个字符串的集合，会使用 hashtable 编码
type name //查看类型
object encoding name //查看编码

得到如下效果：

可以看到，当设置的元素里面只有整数时，集合使用的就是intset 编码，当设置的元素中含有非整数时，使用的就是hashtable 编码。

五种基本类型之有序集合对象

Redis 中的有序集合和集合的区别是有序集合中的每个元素都会关联一个double 类型的分数，然后按照分数从小到大的顺序进行排列。换句话说，有序集合的顺序是由我们自己设值的时候通过分数来确定的。

有序集合对象的底层数据结构有两种：skiplist 和ziplist。内部同样是通过编码来进行区分：

编码属性	描述	object encoding命令返回值
OBJ_ENCODING_SKIPLIST	使用跳跃表实现的有序集合对象	skiplist
OBJ_ENCODING_ZIPLIST	使用压缩列表实现的有序集合对象	ziplist

skiplist 编码

skiplist 即跳跃表，有时候也简称为跳表。使用skiplist 编码的有序集合对象使用了zset 结构来作为底层实现，而zset 中同时包含了一个字典和一个跳跃表。

跳跃表

跳跃表是一种有序的数据结构，其主要特点是通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的。

大部分情况下，跳跃表的效率可以等同于平衡树，但是跳跃表的实现却远远比平衡树的实现简单，所以Redis 选择了使用跳跃表来实现有序集合。

下图是一个普通的有序链表，我们如果想要找到35 这个元素，只能从头开始遍历到尾（链表中元素不支持随机访问，所以不能用二分查找，而数组中可以通过下标随机访问，所以二分查找一般适用于有序数组），时间复杂度是O(n)。

那么假如我们可以直接跳到链表的中间，那就可以节省很多资源了，这就是跳表的原理，如下图所示就是一个跳表的数据结构示例：

上图中level1，level2，level3 就是跳表的层级，每一个level 层级都有一个指向下一个相同level 层级元素的指针，比如上图我们遍历寻找元素35 的时候就有三种方案：

• 第1 种就是执行level1 层级的指针，需要遍历7 次（1->8->9->12->15->20->35）才能找到元素35。

• 第2 种就是执行level2 层级的指针，只需要遍历5 次（1->9->12->15->35）就能找到元素35。

• 第3 种就是执行level3 层级的元素，这时候只需要遍历3 次（1->12->35）就能找到元素35 了，大大提升了效率。

skiplist 的存储结构

跳跃表中的每个节点是一个zskiplistNode 节点（源码server.h 内）：

typedef struct zskiplistNode {
  sds ele;//元素
  double score;//分值
  struct zskiplistNode *backward;//后退指针
  struct zskiplistLevel {//层
    struct zskiplistNode *forward;//前进指针
    unsigned long span;//当前节点到下一个节点的跨度（跨越的节点数）
  } level[];
} zskiplistNode;

• level（层）

level 即跳跃表中的层，其是一个数组，也就是说一个节点的元素可以拥有多个层，即多个指向其他节点的指针，程序可以通过不同层级的指针来选择最快捷的路径提升访问速度。

level 是在每次创建新节点的时候根据幂次定律（power law）随机生成的一个介于1~32 之间的数字。

• forward（前进指针）

每个层都会有一个指向链表尾部方向元素的指针，遍历元素的时候需要使用到前进指针。

• span（跨度）

跨度记录了两个节点之间的距离,需要注意的是，如果指向了NULL 的话，则跨度为0。

• backward（后退指针）

和前进指针不一样的是后退指针只有一个，所以每次只能后退至前一个节点（上图中没有画出后退指针）。

• ele（元素）

跳跃表中元素是一个sds 对象（早期版本使用的是redisObject 对象），元素必须不能重复。

• score（分值）

节点的分值是一个double 类型的浮点数，跳跃表中会将节点按照分值按照从小到大的顺序排列，不同节点的分值可以重复。

上面介绍的只是跳跃表中的一个节点，多个zskiplistNode 节点组成了一个zskiplist 对象：

typedef struct zskiplist {
  struct zskiplistNode *header, *tail;//跳跃表的头节点和尾结点指针
  unsigned long length;//跳跃表的节点数
  int level;//所有节点中较大的层数
} zskiplist;

到这里你可能以为有序集合就是用这个zskiplist 来实现的，然而实际上Redis 并没有直接使用zskiplist 来实现，而是用zset 对象再次进行了一层包装。

typedef struct zset {
  dict *dict;//字典对象
  zskiplist *zsl;//跳跃表对象
} zset;

所以最终，一个有序集合如果使用了skiplist 编码，其数据结构如下图所示：

上图中上面一部分中的字典中的key 就是对应了有序集合中的元素（member），value 就对应了分值（score）。上图中下面一部分中跳跃表整数1,8,9,12 也是对应了元素（member），最后一排的double 型数字就是分值（score）。
为什么同时选择使用字典和跳跃表

有序集合直接使用跳跃表或者单独使用字典完全可以独自实现，但是我们想一下，如果单独使用跳跃表来实现，那么虽然可以使用跨度大的指针去遍历元素来找到我们需要的数据，但是其复杂度仍然达到了O(logN)，而字典中获取一个元素的复杂度是O(1)，而如果单独使用字典虽然获取元素很快，但是字典是无序的，所以如果要范围查找就需要对其进行排序，这又是一个耗时的操作，所以Redis 综合了两种数据结构来较大程度的提升性能，这也是Redis 设计的精妙之处。

ziplist 编码

压缩列表在列表对象和哈希对象都有使用到，想详细了解的可以点击这里。

ziplist 和 skiplist 编码转换

当有序集合对象同时满足以下两个条件时，会使用ziplist 编码进行存储：

• 有序集合对象中保存的元素个数小于128 个（可以通过配置zset-max-ziplist-entries 修改）。

• 有序集合对象中保存的所有元素的总长度小于64 字节（可以通过配置zset-max-ziplist-value 修改）。

有序集合对象常用命令

• zadd key score1 member1 score2 member2：将一个或多个元素（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 成员的score。

• zincrby key num member：将有序集合key 中的member 加上num，num 可以为负数。

• zcount key min max：返回有序集合key 中score 值在[min,max] 区间的member 数量。

• zrange key start stop：返回有序集合key 中score 从小到大排列后在[start,stop] 区间的所有member。

• zrevrange key start stop：返回有序集合key 中score 从大到小排列后在[start,stop] 区间的所有member。zrangebyscore key min max：返回有序集合中按score 从小到大排列后在[min,max] 区间的所有元素。

注意这里默认是闭区间，但是可以在max 和min 的数值前面加上( 或者[ 来控制开闭区间。zrevrangebyscore key max min：返回有序集合中按score 从大到小排列后在[min,max] 区间的所有元素。

注意这里默认是闭区间，但是可以在max 和min 的数值前面加上( 或者[ 来控制开闭区间。

zrank key member：返回有序集合中member 中元素排名（从小到大），返回的结果从0 开始计算。

zrevrank key member：返回有序集合中member 中元素排名（从大到小），返回的结果从0 开始计算。

zlexcount key min max：返回有序集合中min 和max 之间的member 数量。

注意这个命令中的min 和max 前面必须加( 或者[ 来控制开闭区间，特殊值- 和+ 分别表示负无穷和正无穷。

了解了操作有序集合对象的常用命令，我们就可以来验证下前面提到的哈希对象的类型和编码了，在测试之前为了防止其他key 值的干扰，我们先执行flushall 命令清空Redis 数据库。

在执行命令之前，我们先把配置文件中的参数zset-max-ziplist-entries 修改为2，然后重启Redis 服务。

重启完成之后依次执行如下命令：

zadd name 1 zs 2 lisi //设置 2 个元素会使用 ziplist
type name //查看类型
object encoding name //查看编码 
  
zadd address 1 beijing 2 shanghai 3 guangzhou 4 shenzhen //设置4个元素则会使用 skiplist编码
type address //查看类型
object encoding address //查看编码

得到如下效果：

关于同一份数据Redis需要存两次法人原因是什么就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，可以学到更多知识。如果觉得文章不错，可以把它分享出去让更多的人看到。

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