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Redis是一種基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，由于其高效的讀寫性能以及支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于緩存、消息隊(duì)列、實(shí)時(shí)計(jì)算等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用場景中，我們需要對存儲在Redis中的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，例如排行榜應(yīng)用，那么如何通過Redis來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)排序，本文將對此進(jìn)行詳細(xì)介紹。
技術(shù)精髓
ZSET數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
Redis中提供了ZSET（有序集合）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于排序。它將數(shù)據(jù)存儲在一個(gè)有序的集合中，每個(gè)元素都有一個(gè)分?jǐn)?shù)（score）來進(jìn)行排序。ZSET中的元素必須是唯一的，但是可以有相同的分?jǐn)?shù)。ZSET提供了多種操作來進(jìn)行數(shù)據(jù)的插入、刪除、修改、查詢以及按照分?jǐn)?shù)范圍等進(jìn)行排序。
Sorted Set Example：
“`redis
127.0.0.1:6379> zadd skey 80 “england”
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZADD skey 90 “australia”
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZADD skey 95 “india”
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZADD skey 70 “usa”
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZADD skey 75 “china”
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZRANGE skey 0 -1 WITHSCORES
1) “usa”
2) “70”
3) “china”
4) “75”
5) “england”
6) “80”
7) “australia”
8) “90”
9) “india”
10) “95”
以上示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè)有序集合，并添加了五個(gè)元素，每個(gè)元素都有一個(gè)分?jǐn)?shù)，最后按照分?jǐn)?shù)排序輸出。
排列算法
在實(shí)際應(yīng)用場景中，排序算法是十分重要的，例如在排行榜應(yīng)用中，我們需要使用高效的排序算法來降低排序的時(shí)間成本。Redis內(nèi)部采用的排序算法是跳躍表（Skip List），其時(shí)間復(fù)雜度為O(logN)。
```c
typedef struct zskiplistNode {
...
// 后退指針
struct zskiplistNode *backward;
// 層指針，指向跳躍表中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)
struct zskiplistLevel {
struct zskiplistNode *forward;
unsigned int span;
} level[];
} zskiplistNode;
以上是跳躍表節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，其中除了存儲節(jié)點(diǎn)信息之外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)還包含一個(gè)后退指針用于在刪除某個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)更新前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的跳躍表層級指向。而每個(gè)節(jié)點(diǎn)的跳躍表層級的信息被存儲在level結(jié)構(gòu)數(shù)組中，每個(gè)層級都有一個(gè)指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針以及跨越節(jié)點(diǎn)數(shù)目信息，這樣可以加快查找時(shí)的速度。
實(shí)現(xiàn)代碼示例：
“`c
typedef struct zskiplist {
// 表頭
struct zskiplistNode *header;
// 表尾
struct zskiplistNode *tl;
// 節(jié)點(diǎn)數(shù)
unsigned long length;
// 層級數(shù)
int level;
} zskiplist;
typedef struct zset {
// 使用跳躍表
zskiplist *zsl;
// 使用字典
dict *dict;
} zset;
以上是Redis中使用的有序集合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中zsl表示跳躍表，dict表示字典用于存儲分?jǐn)?shù)對應(yīng)的值，這樣可以實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)和值的關(guān)聯(lián)。
分?jǐn)?shù)的相關(guān)操作
按照分?jǐn)?shù)范圍進(jìn)行排序是有序集合最常用的功能之一，可以使用ZRANGEBYSCORE命令來實(shí)現(xiàn)按照分?jǐn)?shù)范圍的查詢。同時(shí)，我們還可以使用ZRANK命令來獲取某個(gè)元素在有序集合中的排名，這個(gè)命令的時(shí)間復(fù)雜度為O(logN)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要使用ZADD來添加元素，并且在連續(xù)添加多個(gè)元素時(shí)，可以使用ZADD的批量添加功能。
參考代碼示例：
```c
/* Insert an element with the specified score in the sorted set at key. */
int
zaddCommand(client *c) {
......
dictEntry *de;
score = strtod(argv[2]->ptr, NULL);
ele = zslInsert(zs->zsl,score,argv[3]->ptr);
......
}
/* Returns the rank of member in the sorted set stored at key, with the scores ordered from low to high. */
int
zrankCommand(client *c) {
dictEntry *de;
robj *key = c->argv[1];
robj *ele = c->argv[2];
// 從字典中獲取分?jǐn)?shù)
if ((de = dictFind(zs->dict, OBJ_GET_PTR(ele))) != NULL) {
long rank;
zset *zs = c->db->dict->privdata;
// 獲取排名
rank = zslGetRank(zs->zsl, (*((double*)dictGetVal(de))));
if (rank >= 0) {
addReplyLongLong(c, rank);
} else {
addReply(c,shared.nullbulk);
}
}
......
}
/* Returns all the elements in the sorted set at key with a score between min and max (including elements with score equal to min or max). */
int zrangebyscoreCommand(client *c) {
......
// 獲取指定分?jǐn)?shù)范圍的元素并輸出
while (node && i
if (node->score > max) break;
if (node->score >= min) {
addReplyBulk(c,node->ele);
i++;
}
node = node->forward[0];
}
}
以上是按照分?jǐn)?shù)進(jìn)行排序時(shí)，主要使用到的ZADD、ZRANK和ZRANGEBYSCORE等命令的實(shí)現(xiàn)代碼。
總結(jié)
通過本文的介紹，我們了解了Redis中數(shù)據(jù)排序的底層技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其中，有序集合是Redis中主要用于排序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。跳躍表算法是Redis內(nèi)部使用的高效排序算法，具有O(logN)的時(shí)間復(fù)雜度。在實(shí)際應(yīng)用場景中，我們需要根據(jù)需求來選擇合適的排序算法和使用相關(guān)命令來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)排序的功能。
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網(wǎng)頁名稱：Redis實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)排序的技術(shù)精髓（redis查出數(shù)據(jù)排序）
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