同一份數據Redis需要存兩次法人原因是什么

這篇文章給大家介紹同一份數據Redis需要存兩次法人原因是什么，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

五種基本類型之集合對象

Redis 中的集合對象是一個包含字符串類型元素的無序集合，集合中元素唯一不可重復。

集合對象的底層數據結構有兩種：intset 和 hashtable。內部通過編碼來進行區分：

intset 編碼

intset（整數集合）可以保存類型為 int16_t，int32_t，int64_t 的整數值，并且保證集合中沒有重復元素。
intset 數據結構定義如下（源碼 inset.h 內）：

typedef struct intset {
  uint32_t encoding;//編碼方式
  uint32_t length;//當前集合中的元素數量
  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 內部的 encoding 記錄了當前整數集合的數據存儲類型，主要有三種：

• INTSET_ENC_INT16
  

• 此時 contents[] 內的每個元素都是一個 int16_t 類型的整數值，范圍是：-32768 ~ 32767（-2 的 15 次方 ~ 2 的 15 次方 - 1）。

• INTSET_ENC_INT32
  

• 此時 contents[] 內的每個元素都是一個 int32_t 類型的整數值，范圍是：-2147483648 ~ 2147483647（-2 的 31 次方 ~ 2 的 31 次方 - 1）。

• INTSET_ENC_INT64
  

• 此時 contents[] 內的每個元素都是一個 int64_t 類型的整數值，范圍是：-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807（-2 的 63 次方 ~ 2 的 63 次方 - 1）。

contents[]

contents[] 雖然結構的定義上寫的是 int8_t 類型，但是實際存儲類型是由上面的 encoding 來決定的。

整數集合的升級

假如一開始整數集合中的元素都是 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，那么就需要對原先的整數集合進行升級，升級之后才能將 32 位的整數存儲到整數集合內。這就涉及到了整數集合的類型升級，升級過程主要有 4 個步驟：

• 根據新添加元素的類型來擴展底層數組空間的大小，按照升級后現有元素的位數來分配新的空間。

• 將現有的元素進行類型轉換，并將轉換類型后的元素從后到前逐個重新放回到數組內。

• 將新元素放到數組的頭部或者尾部（因為觸發升級的條件就是當前數組的整數類型無法存儲新元素，所以新元素要么比現有元素都大，要么就比現有元素都小）。

• 將 encoding 屬性修改為最新的編碼，并且同步修改 length 屬性。

PS：和字符串對象的編碼一樣，整數集合的類型一旦發生升級，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，內部存儲了 3 個元素：

這時候需要插入一個整數 50000，發現存儲不下去，而 50000 是一個 int32_t 類型整數，所以需要申請新空間，申請空間大小為 4 * 32 - 48=80。

現在新的數組內要放置 4 個元素，原來的數組排在第 3，所以需要將升級后的 3 移動到 64-95 位。

繼續將升級后的 2 移動到 32-63 位。

繼續將升級后的 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 結構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 編碼轉換

當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值。集合對象保存的元素數量小于等于 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 當中，并返回添加成功的數目，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，我們先執行 flushall 命令清空 Redis 數據庫。

依次執行如下命令：

sadd num 1 2 3 //設置 3 個整數的集合，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 //設置 3 個整數和 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，當設置的元素里面只有整數時，集合使用的就是 intset 編碼，當設置的元素中含有非整數時，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別是有序集合中的每個元素都會關聯一個 double 類型的分數，然后按照分數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值的時候通過分數來確定的。

有序集合對象的底層數據結構有兩種：skiplist 和 ziplist。內部同樣是通過編碼來進行區分：

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 結構來作為底層實現，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據結構，其主要特點是通過在每個節點中維持多個指向其他節點的指針，從而達到快速訪問節點的目的。

大部分情況下，跳躍表的效率可以等同于平衡樹，但是跳躍表的實現卻遠遠比平衡樹的實現簡單，所以 Redis 選擇了使用跳躍表來實現有序集合。

下圖是一個普通的有序鏈表，我們如果想要找到 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組），時間復雜度是 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據結構示例：

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 的存儲結構

跳躍表中的每個節點是一個 zskiplistNode 節點（源碼 server.h 內）：

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;//當前節點到下一個節點的跨度（跨越的節點數）
  } level[];
} zskiplistNode;

• level（層）

level 即跳躍表中的層，其是一個數組，也就是說一個節點的元素可以擁有多個層，即多個指向其他節點的指針，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 是在每次創建新節點的時候根據冪次定律（power law）隨機生成的一個介于 1~32 之間的數字。

• 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），元素必須唯一不能重復。

• score（分值）

節點的分值是一個 double 類型的浮點數，跳躍表中會將節點按照分值按照從小到大的順序排列，不同節點的分值可以重復。

上面介紹的只是跳躍表中的一個節點，多個 zskiplistNode 節點組成了一個 zskiplist 對象：

typedef struct zskiplist {
  struct zskiplistNode *header, *tail;//跳躍表的頭節點和尾結點指針
  unsigned long length;//跳躍表的節點數
  int level;//所有節點中最大的層數
} zskiplist;

到這里你可能以為有序集合就是用這個 zskiplist 來實現的，然而實際上 Redis 并沒有直接使用 zskiplist 來實現，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，其數據結構如下圖所示：

上圖中上面一部分中的字典中的 key 就是對應了有序集合中的元素（member），value 就對應了分值（score）。上圖中下面一部分中跳躍表整數 1,8,9,12 也是對應了元素（member），最后一排的 double 型數字就是分值（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，但是我們想一下，如果單獨使用跳躍表來實現，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據，但是其復雜度仍然達到了 O(logN)，而字典中獲取一個元素的復雜度是 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 綜合了兩種數據結構來最大程度的提升性能，這也是 Redis 設計的精妙之處。

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 編碼轉換

當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（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。

• zcount key min max：返回有序集合 key 中 score 值在 [min,max] 區間的 member 數量。

• 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] 區間的所有元素。

注意這里默認是閉區間，但是可以在 max 和 min 的數值前面加上 ( 或者 [ 來控制開閉區間。zrevrangebyscore key max min：返回有序集合中按 score 從大到小排列后在 [min,max] 區間的所有元素。

注意這里默認是閉區間，但是可以在 max 和 min 的數值前面加上 ( 或者 [ 來控制開閉區間。

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（從大到小），返回的結果從 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，我們先執行 flushall 命令清空 Redis 數據庫。

在執行命令之前，我們先把配置文件中的參數 zset-max-ziplist-entries 修改為 2，然后重啟 Redis 服務。

重啟完成之后依次執行如下命令：

zadd name 1 zs 2 lisi //設置 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：

關于同一份數據Redis需要存兩次法人原因是什么就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。