有序集合的編碼可以是 ziplist 或者 skiplist 。

ziplist 編碼的有序集合對象使用壓縮列表作為底層實現(xiàn)， 每個集合元素使用兩個緊挨在一起的壓縮列表節(jié)點來保存， 第一個節(jié)點保存元素的成員（member）， 而第二個元素則保存元素的分值（score）。

壓縮列表內(nèi)的集合元素按分值從小到大進行排序， 分值較小的元素被放置在靠近表頭的方向， 而分值較大的元素則被放置在靠近表尾的方向。

舉個例子， 如果我們執(zhí)行以下 ZADD 命令， 那么服務(wù)器將創(chuàng)建一個有序集合對象作為 price 鍵的值：

redis> ZADD price 8.5 apple 5.0 banana 6.0 cherry
(integer) 3

如果 price 鍵的值對象使用的是 ziplist 編碼， 那么這個值對象將會是圖 8-14 所示的樣子， 而對象所使用的壓縮列表則會是 8-15 所示的樣子。

skiplist 編碼的有序集合對象使用 zset 結(jié)構(gòu)作為底層實現(xiàn)， 一個 zset 結(jié)構(gòu)同時包含一個字典和一個跳躍表：

typedef struct zset {

    zskiplist *zsl;

    dict *dict;

} zset;

zset 結(jié)構(gòu)中的 zsl 跳躍表按分值從小到大保存了所有集合元素， 每個跳躍表節(jié)點都保存了一個集合元素： 跳躍表節(jié)點的 object 屬性保存了元素的成員， 而跳躍表節(jié)點的 score 屬性則保存了元素的分值。 通過這個跳躍表， 程序可以對有序集合進行范圍型操作， 比如 ZRANK 、ZRANGE 等命令就是基于跳躍表 API 來實現(xiàn)的。

除此之外， zset 結(jié)構(gòu)中的 dict 字典為有序集合創(chuàng)建了一個從成員到分值的映射， 字典中的每個鍵值對都保存了一個集合元素： 字典的鍵保存了元素的成員， 而字典的值則保存了元素的分值。 通過這個字典， 程序可以用  復雜度查找給定成員的分值， ZSCORE 命令就是根據(jù)這一特性實現(xiàn)的， 而很多其他有序集合命令都在實現(xiàn)的內(nèi)部用到了這一特性。

有序集合每個元素的成員都是一個字符串對象， 而每個元素的分值都是一個 double 類型的浮點數(shù)。 值得一提的是， 雖然 zset 結(jié)構(gòu)同時使用跳躍表和字典來保存有序集合元素， 但這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都會通過指針來共享相同元素的成員和分值， 所以同時使用跳躍表和字典來保存集合元素不會產(chǎn)生任何重復成員或者分值， 也不會因此而浪費額外的內(nèi)存。

為什么有序集合需要同時使用跳躍表和字典來實現(xiàn)？

在理論上來說， 有序集合可以單獨使用字典或者跳躍表的其中一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)， 但無論單獨使用字典還是跳躍表， 在性能上對比起同時使用字典和跳躍表都會有所降低。

舉個例子， 如果我們只使用字典來實現(xiàn)有序集合， 那么雖然以  內(nèi)存空間 （因為要創(chuàng)建一個數(shù)組來保存排序后的元素）。

另一方面， 如果我們只使用跳躍表來實現(xiàn)有序集合， 那么跳躍表執(zhí)行范圍型操作的所有優(yōu)點都會被保留， 但因為沒有了字典， 所以根據(jù)成員查找分值這一操作的復雜度將從  。

因為以上原因， 為了讓有序集合的查找和范圍型操作都盡可能快地執(zhí)行， Redis 選擇了同時使用字典和跳躍表兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)有序集合。

舉個例子， 如果前面 price 鍵創(chuàng)建的不是 ziplist 編碼的有序集合對象， 而是 skiplist 編碼的有序集合對象， 那么這個有序集合對象將會是圖 8-16 所示的樣子， 而對象所使用的 zset 結(jié)構(gòu)將會是圖 8-17 所示的樣子。

注意

為了展示方便， 圖 8-17 在字典和跳躍表中重復展示了各個元素的成員和分值， 但在實際中， 字典和跳躍表會共享元素的成員和分值， 所以并不會造成任何數(shù)據(jù)重復， 也不會因此而浪費任何內(nèi)存。

編碼的轉(zhuǎn)換

當有序集合對象可以同時滿足以下兩個條件時， 對象使用 ziplist 編碼：

1. 有序集合保存的元素數(shù)量小于 128 個；
2. 有序集合保存的所有元素成員的長度都小于 64 字節(jié)；

不能滿足以上兩個條件的有序集合對象將使用 skiplist 編碼。

注意

以上兩個條件的上限值是可以修改的， 具體請看配置文件中關(guān)于 zset-max-ziplist-entries 選項和 zset-max-ziplist-value 選項的說明。

對于使用 ziplist 編碼的有序集合對象來說， 當使用 ziplist 編碼所需的兩個條件中的任意一個不能被滿足時， 程序就會執(zhí)行編碼轉(zhuǎn)換操作， 將原本儲存在壓縮列表里面的所有集合元素轉(zhuǎn)移到 zset 結(jié)構(gòu)里面， 并將對象的編碼從 ziplist 改為 skiplist 。

以下代碼展示了有序集合對象因為包含了過多元素而引發(fā)編碼轉(zhuǎn)換的情況：

# 對象包含了 128 個元素
redis> EVAL "for i=1, 128 do redis.call('ZADD', KEYS[1], i, i) end" 1 numbers
(nil)

redis> ZCARD numbers
(integer) 128

redis> OBJECT ENCODING numbers
"ziplist"

# 再添加一個新元素
redis> ZADD numbers 3.14 pi
(integer) 1

# 對象包含的元素數(shù)量變?yōu)?129 個
redis> ZCARD numbers
(integer) 129

# 編碼已改變
redis> OBJECT ENCODING numbers
"skiplist"

以下代碼則展示了有序集合對象因為元素的成員過長而引發(fā)編碼轉(zhuǎn)換的情況：

# 向有序集合添加一個成員只有三字節(jié)長的元素
redis> ZADD blah 1.0 www
(integer) 1

redis> OBJECT ENCODING blah
"ziplist"

# 向有序集合添加一個成員為 66 字節(jié)長的元素
redis> ZADD blah 2.0 oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo
(integer) 1

# 編碼已改變
redis> OBJECT ENCODING blah
"skiplist"

有序集合命令的實現(xiàn)

因為有序集合鍵的值為有序集合對象， 所以用于有序集合鍵的所有命令都是針對有序集合對象來構(gòu)建的， 表 8-11 列出了其中一部分有序集合鍵命令， 以及這些命令在不同編碼的有序集合對象下的實現(xiàn)方法。

表 8-11 有序集合命令的實現(xiàn)方法