[Redis] Redis中的set和zset类型

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1. Redis中关于set的操作

1.1 概述

我们在之前java的集合类中就曾经接触过set.在Java的集合框架中,set的实现方式可以是HashSet,也可以是TreeSet.
在Redis的集合中,就是把一些有关联的数据放在一起,其中保存的是多个字符串类型的元素.和Java中的set一样,set中的元素也是无序的,而且不允许重复.这里的限制条件完全和list相对,list中的元素可以重复,而且是有序的.Redis中的set还支持求交集,并集,差集.

1.2 常见操作

在set的相关操作指令中一般都包含s前缀.

• sadd
  sadd key member [member...]
  在指定的key中插入一个或者多个元素.如果插入重复的元素,set会自动去重.一般我们把set中的元素叫做member.返回值表示这次成功添加了多少元素.
• smembers
  smembers key
  查看指定key中的所有元素.

127.0.0.1:6379> sadd key 1 2 3 4 
(integer) 4
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
127.0.0.1:6379> sadd key 2
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"

• sismember
  sismember key member
  查看set中有没有该元素存在.返回1表示存在,返回0表示不存在.

127.0.0.1:6379> SMEMBERS key
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
127.0.0.1:6379> SISMEMBER key 2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SISMEMBER key 5
(integer) 0

• scard
  scard key
  查看指定的集合中有多少个元素.

127.0.0.1:6379> SCARD key
(integer) 4

• spop
  spop key [count]
  从指定的key中删除元素,可以在count中指定删除的个数,如果不指定删除的个数,就是删除一个.在删除的时候,由于set中的元素是无序的,在删除的时候也是随机删除的.返回删除的元素.

127.0.0.1:6379> SPOP key 2
1) "1"
2) "2"
127.0.0.1:6379> spop key 
"4"

• smove
  smove source destination member
  把源集合中指定的元素移动到指定的集合中.把member先从source中删除,再插入到destination中.返回的是移动成功的元素.

127.0.0.1:6379> SMEMBERS key
1) "3"
127.0.0.1:6379> SADD key 1 2 4
(integer) 3
127.0.0.1:6379> SADD key1 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SMOVE key key1 2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key1
1) "1"
2) "2"

如果移动给destination的元素和原来destination的元素是重复的,那么set也会自动去重.

127.0.0.1:6379> SADD key 2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
127.0.0.1:6379> SMOVE key key1 2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key1 
1) "1"
2) "2"

如果移动的元素在source中不存在,那么就返回的是0.

127.0.0.1:6379> SMEMBERS key
1) "1"
2) "3"
3) "4"
127.0.0.1:6379> SMOVE key key1 2
(integer) 0

• srem
  srem key member [member...]
  删除指定key中的member.一次可以删除一个member,也可以删除多个member.返回删除成功的元素.

127.0.0.1:6379> SREM key 3 4
(integer) 2
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key
1) "1"

1.3 集合间的操作

集合间的常见操作是求集合间的交集,并集和差集.

• sinter
  sinter key [key...]
  求多个集合的交集.返回求交集之后的结果.如果集合只有一个.则返回该集合中的所有交集.

127.0.0.1:6379> SADD key 1 2 3 4
(integer) 4
127.0.0.1:6379> SADD key1 3 4 5 6
(integer) 4
127.0.0.1:6379> SINTER key
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
127.0.0.1:6379> SINTER key key1
1) "3"
2) "4"

• sinterstore
  sinterstore destination key [key...]
  求集合之间的交集,求交集之后把结果保存到指定的集合中.返回值是保存到destination中的元素个数.但是需要注意的是,在把交集的元素保存到destination之后,原来的destination的元素会被全部覆盖掉.

127.0.0.1:6379> sadd key2 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SINTERSTORE key2 key1 key
(integer) 2
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key2
1) "3"
2) "4"

• sunion
  sunion key [key...]
  求出两个集合中的并集,返回求并集之后的结果.如果只有一个key.返回的就是该key中所有的元素.

127.0.0.1:6379> SUNION key key1
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
5) "5"
6) "6"
127.0.0.1:6379> SUNION key
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"

• sunionstore
  sunionstore destination key [key...]
  把求并集的结果保存到指定的集合中.需要注意的是保存元素之后,destination中原有的元素会被全部覆盖.

127.0.0.1:6379> sadd key2 8
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SUNIONSTORE key2 key1 key
(integer) 6
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key2
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
5) "5"
6) "6"

• sdiff
  sdiff key [key...]
  求两个集合之间的差集,基准集合是写在前面的元素,也就是需要在基准集合的基础上减去在另一个集合中已经在基础集合中存在的元素.如果只有一个key,返回该key中的所有元素.

127.0.0.1:6379> SDIFF key1 key
1) "5"
2) "6"
127.0.0.1:6379> SDIFF key key1
1) "1"
2) "2"

• sdiffstore
  sdiffstore destination key [key...]
  把集合之间差集的结果保存到指定的集合中,保存数据的集合中的原数据会被覆盖掉.

127.0.0.1:6379> SDIFFSTORE key2 key key1
(integer) 2
127.0.0.1:6379> SMEMBERS key2
1) "1"
2) "2"

1.4 指令小结

2. set的内部编码方式

Redis中的set的编码方式主要有两种,一种是intset,一种是hashtable.

• intset
  当集合中的元素都是整数的时候,而且元素的个数小于512个的时候,set会使用intset来编码.

127.0.0.1:6379> SADD key3 1 2 3 4 
(integer) 4
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding key3
"intset"

• hashtable
  当无法满足intset的条件的时候,就会编码为hashtable.

127.0.0.1:6379> sadd key3 aaa
(integer) 1
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding key3
"hashtable"

我们知道,在hashtable的编码在hash类型的数据中也存在,set中的编码也存在hashtable,这和Java中的set接口的实现方式可以是HashSet有些类似.

3. Set的应用场景

• 使用Set来保存标签,以构造用户画像
  平台可以通过获取用户的信息和根据用户的浏览记录来分析这个用户的形象.也就是给这个用户上标签.比如分析出来你是一个青年,就会在set中加入"青年"这个标签,再比如你是一个男性,就会在set中加入"男性"这个标签.
  如果两家公司之间有着某种商业合作,他们就会共享用户的标签.获取到另一家公司对于这个用户的标签之后,放入到自家公司对于这个用户的标签中,如果对这个用户的标签有重复,那么set就可以自动去重.

sadd user:1:tags tag1 tag2 tag5
sadd user:2:tags tag2 tag3 tag5
...
sadd user:k:tags tag1 tag2 tag4

• 使用set来计算用户之间的共同好友
  这个功能用的最多的是qq.他是基于集合求交集来实现的.
  比如A和B是好友,A和C是好友,B和C,D是好友,那么系统就会把D推荐给A.
• 使用set统计UV
  这个功能主要使用的是set的去重功能来完成的.
  我们衡量一个互联网产品的流量,主要是通过两个指标来衡量的.第一是pv,第二是uv.
  PV就是每次访问该服务器都会产生一个PV,而uv是每个用户访问服务器都会产生uv,但是同一个用户多次访问不会使得uv增加,存储在set中的uv会按照用户进行去重.

4. Redis中关于zset的操作

4.1 概述

所谓zset,指的就是有序集合,有序集合中和集合set类似,其中的元素都是不可重复的,但是与set不同的是,set中的元素是有序的,在zset中,我们为member引入了score属性,在为member排序的时候,我们就是按照分数(score)来对member进行排序的,如果有其中两个元素的分数是相同的,那么就按照他们的字典序来排序,排列时,默认按照升序的方式来排列.但其中zset中存储的元素主要还是member,score只是对member起到了辅助作用.

下面是集合,列表,有序集合三者的异同点:

4.2 常用指令

• zadd
  zadd key [NX|XX] [GT|LT] [CH] [INCR] socre member [socre member...]
  在我们给有序集合中添加元素的时候,即要添加分数,又要添加元素.可以一次添加一个元素和分数,还可以一次添加多个.如果修改元素的分数之后会影响到之前的顺序,就会自动移动元素的位置,重新排序.

其中,member和score可以理解为一个普通的pair,不可以把他们理解为哈希的关系,因为这里并没有明确谁是键,谁是值,他们是双向的,既可以通过member来找score,又可以通过score来找member.

[NX|XX],如果没有这两个参数中的其中一个的话,那么在添加元素和分数的时候,如果元素不存在,则添加新的元素和分数,如果元素已经存在,则会更新分数.
其中nx属性指的是只可以新建元素,不可以更新元素,和前面string类型中的类似,如果存在,就不添加,如果不存在,就添加.
xx属性指的是只可以更新元素,不可以新建元素,和前面的string类型中的类似,如果不存在,则不新建,如果存在,则覆盖掉之前的value.
[LT|GT],其中,LT是less than的缩写,GT是greater than的缩写,加上两个属性之后,如果加上LT属性,则在指定分数低于原来的分数的时候更新元素,如果加上的是GT属性,则在指定分数高于原来分数的时候更新元素,这两个属性并不会影响添加新的元素.
[CH],是change的缩写,在加上这个属性之前,返回值只包含成功添加的元素,在加上这个属性之后,就会包含更新的元素.
[INCR],类似与zincrby的效果,将指定的元素添加上对应的分数,此时只可以指定一个元素和分数.

• zrange
  zrange key start stop [withscores]
  返回指定区间中的元素,区间为左闭右闭,如果加上withsocres的属性,带着分数会一起返回.其中和list类似,zrange key 0 -1 withscores表示的是返回zset中所有的元素.,zset中的元素是有序的,谁在前谁在后都是很明确的,所以就可以赋予有序集合中的元素"下标"这样的概念.

127.0.0.1:6379> zadd key 97 zhaoyun 93 zhangfei 96 guanyu 95 huangzhong
4
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
huangzhong
95
guanyu
96
zhaoyun
97
127.0.0.1:6379> zadd key 99 zhaoyun 
0
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
huangzhong
95
guanyu
96
zhaoyun
99
127.0.0.1:6379> zadd key nx ch 98 zhaoyun 
0
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
huangzhong
95
guanyu
96
zhaoyun
99
127.0.0.1:6379> zadd key xx ch 98 zhaoyun 
1
127.0.0.1:6379> ZRANGE key 0 -1 withscores
zhangfei
93
huangzhong
95
guanyu
96
zhaoyun
98
127.0.0.1:6379> zadd key ch incr 2 huangzhong
97
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
guanyu
96
huangzhong
97
zhaoyun
98

• zcard
  zcard key
  查询指定的key中有多少个元素.

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
guanyu
96
huangzhong
97
zhaoyun
98
127.0.0.1:6379> zcard key
4

• zcount
  zcount key min max
  返回指定分数区间的元素个数,默认都是闭区间,如果想要指定为开区间,可以在分数的前面加上"(".其中,max和min可以是浮点数,也可以使用-inf和+inf来表示正无穷和负无穷.

127.0.0.1:6379> ZCOUNT key 93 97
3
127.0.0.1:6379> ZCOUNT key (93 97
2
127.0.0.1:6379> ZCOUNT key -inf +inf
4
127.0.0.1:6379> ZCOUNT key 92.5 97
3

• zrevrange
  zrevrange key start stop [withsocres]
  把元素按照分数以降序的方式进行打印,加上withscores选项会把分数也打印出来.其中zrevrange key 0 -1 withscores表示的是降序打印所有的元素.

127.0.0.1:6379> ZREVRANGE key 0 -1 withscores 
zhaoyun
98
huangzhong
97
guanyu
96
zhangfei
93

• zrangebysocre
  zrangebyscore key min max [withsocres]
  这个指令和zcount有些类似,不过zcount返回的是指定分数区间的元素个数,而这里返回的是指定区间的元素.默认区间是闭区间,可以通过加上"("来指定为开区间.其中min和max可以是浮点数,也可以用-inf和+inf来表示正无穷和负无穷.

127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE key 93 97 withscores
zhangfei
93
guanyu
96
huangzhong
97
127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE key (93 97 withscores
guanyu
96
huangzhong
97
127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE key (93 96.5 withscores
guanyu
96

• zpopmax
  zpopmax key [count]
  删除并返回分数最高的count个元素,如果没有加count选项,默认返回一个.这个指令有些类似于我们前面所学的top-k问题.如果存在多个元素分数相同,那么在删除的时候,依然按照字典序只删除一个元素.

127.0.0.1:6379> ZADD key 98 machao
1
127.0.0.1:6379> ZREVRANGE key 0 -1 withscores
zhaoyun
98
machao
98
huangzhong
97
guanyu
96
zhangfei
93
127.0.0.1:6379> ZPOPMAX key 
zhaoyun
98
127.0.0.1:6379> ZPOPMAX key
machao
98
127.0.0.1:6379> ZADD key 98 zhaoyun 
1
127.0.0.1:6379> zadd key 98 machao
1
127.0.0.1:6379> ZPOPMAX key 2
zhaoyun
98
machao
98

• bzpopmax
  bzpopmax key [key...] timeout
  zpopmax的阻塞版本,与之前学的blpop类似,一次可以指定一个key,一次可以指定多个key,如果指定多个key,就会从前到后遍历这些key,如果有可以返回的元素,则会立即返回,如果获取不到,则会阻塞等待,在指定时间之后返回nil.

27.0.0.1:6379> zadd key 98 zhaoyun
1
127.0.0.1:6379> BZPOPMAX key 5
key
zhaoyun
98
127.0.0.1:6379> ZADD key1 98 machao
1
127.0.0.1:6379> BZPOPMAX key key1 5
key
huangzhong
97
//客户端1
127.0.0.1:6379> BZPOPMAX key2 100
key2
zhugeliang
96
//客户端2
127.0.0.1:6379> zadd key2 96 zhugeliang
(integer) 1

• zpopmin
  zpopmin key [count]
  删除并返回分数最低的count个元素,如果没有加count选项,默认返回一个.这个指令有些类似于我们前面所学的top-k问题.如果存在多个元素分数相同,那么在删除的时候,依然按照字典序只删除一个元素.

127.0.0.1:6379> ZADD key 91 machao 91 zhugeliang
2
127.0.0.1:6379> ZPOPMIN key 
machao
91
127.0.0.1:6379> ZPOPMIN key
zhugeliang
91
127.0.0.1:6379> ZADD key 91 machao 91 zhugeliang
2
127.0.0.1:6379> ZPOPMIN key 2
machao
91
zhugeliang
91

• bzpopmin
  用法和bzpopmin一样,这里不再赘述.
• zrank
  返回指定元素的排名,基于的是升序排列.需要注意的是,这里的排名是从0开始的.

127.0.0.1:6379> zadd key 97 zhaoyun 94 machao
2
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
machao
94
guanyu
96
zhaoyun
97
127.0.0.1:6379> zrank key machao
1
127.0.0.1:6379> zrank key zhangfei
0

• zrevrank
  zrevrank key member
  返回指定元素的排名,基于的是降序排列.zrank,zrevrank和zrange,zrevrange的关系一样.

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
machao
94
guanyu
96
zhaoyun
97
127.0.0.1:6379> ZREVRANK key zhaoyun
0

• zscore
  zscore key member
  返回指定元素的分数

127.0.0.1:6379> ZSCORE key zhaoyun
97

• zrem
  zrem key member [member...]
  删除key中指定的元素

127.0.0.1:6379> ZREM key machao
1
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
guanyu
96
zhaoyun
97

• zremrangebyrank
  zremrangebyrank key start stop
  删除指定下标范围之间的元素,默认是升序.

127.0.0.1:6379> ZADD key 98 machao 99 liubei
2
127.0.0.1:6379> ZREMRANGEBYRANK key 0 1
2
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhaoyun
97
machao
98
liubei
99

• zremrangebyscore
  zremrangebyscore key max min
  删除指定分数范围之间的元素,默认是升序

127.0.0.1:6379> zadd key 98 machao 99 liubei
2
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
guanyu
96
zhaoyun
97
machao
98
liubei
99
127.0.0.1:6379> ZREMRANGEBYSCORE key 98 99
2
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangfei
93
guanyu
96
zhaoyun
97

• zincrby
  zincrby key incrment member
  为指定的元素加上指定的分数,之后会重新进行排序,和我们前面提到的zadd key incr score member指令类似.

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhaoyun
97
machao
98
liubei
99
127.0.0.1:6379> ZINCRBY key 2 zhaoyun
99
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
machao
98
liubei
99
zhaoyun
99

4.3 集合间的操作

集合间的操作我们在上一篇文章中提到过,包含交集,差集,并集.那么在zset中,有没有与set中类似的zinter,zunion,zdiff的指令呢?在Redis6.2之后的版本确实有,但是在我们当前Redis5的版本中没有这样的指令.
zset中常见的集合间操作指令有两个,zinterstore,zunionstore.

• zinterstore
  ZINTERSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE <SUM | MIN | MAX>]
  • destination: 指的是求出交集之后保存结果的集合.
  • numkeys: 指的是后面要求交集的集合个数.
  • weights: 前面求交集的key的权重,会在前面对应的key的分数中乘以权重.
  • aggregate: 集合间分数的计算方式,可以是加和,可以取最大值,可以取最小值.如果不加的话,默认是sum

这里为什么要使用numkeys指定求交集的key的个数.这是因为在key之后还有其他的一些属性,我们要使用numkeys把key和其他属性做出区分.这个功能和我们之前学习http协议的时候,报头中的content-length的功能有些相似.用于区分开报头和正文.

127.0.0.1:6379> FLUSHALL
OK
127.0.0.1:6379> zadd key 99 zhaoyun 97 liubei 96 caocao 95 machao 
4
127.0.0.1:6379> zadd key1 97 zhaoyun 92 zhangfei 93 caocao 97 huangzhon
4
127.0.0.1:6379> zadd key2 93 zhugeliang
1
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key2 2 key key1 aggregate sum
2
127.0.0.1:6379> zrange key2 0 -1 withscores
caocao
189
zhaoyun
196
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key2 2 key key1 weights 1.2 1.5
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zrange key2 0 -1 withscores
1) "caocao"
2) "254.69999999999999"
3) "zhaoyun"
4) "264.30000000000001"

• zunionstore
  ZUNIONSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight[weight ...]] [AGGREGATE <SUM | MIN | MAX>]
  选项和上面的求交集的一样,这里不再赘述.

127.0.0.1:6379> zunionstore key2 2 key key1 aggregate sum
(integer) 6
127.0.0.1:6379> zrange key2 0 -1 withscores
 1) "zhangfei"
 2) "92"
 3) "machao"
 4) "95"
 5) "huangzhon"
 6) "97"
 7) "liubei"
 8) "97"
 9) "caocao"
10) "189"
11) "zhaoyun"
12) "196"
127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE key2 2 key key1 weights 1.2 1.5 aggregate sum
(integer) 6
127.0.0.1:6379> zrange key2 0 -1 withscores
 1) "machao"
 2) "114"
 3) "liubei"
 4) "116.39999999999999"
 5) "zhangfei"
 6) "138"
 7) "huangzhon"
 8) "145.5"
 9) "caocao"
10) "254.69999999999999"
11) "zhaoyun"
12) "264.30000000000001"

5. zset内部编码方式

zset内部编码方式主要有两种方式,一种是ziplist,一种是skiplist.

• ziplist
  如果有序集合中元素个数较少,或者单个元素体积较小,我们就使用ziplist来编码.默认整体元素个数不超过512个,默认单个元素不超过64字节.
• skiplist
  当ziplist不满足条件的时候,就会使用skiplist的编码方式.

127.0.0.1:6379> zadd key1 91 aaa 92 bbb 98 ccc
(integer) 3
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding key1
"ziplist"
127.0.0.1:6379> zadd key1 nx 94 aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
(integer) 1
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding key1
"skiplist"

6. zset的应用场景

zset最典型的应用场景,就是排行榜系统.比如微博热搜,游戏天梯排行系统等.最关键的要点就是,排行榜的分数是实时变化的.

• 游戏天梯排行.
  我们只需要把玩家的信息和对应的分数给放到一个有序的集合中即可,Redis就会自动帮我们生成一个排行榜.随时可以按照排行,按照分数,进行范围查询.随着分数的改变,也可以比较方便地实用zincrby修改分数,排行顺序也可以自动调整.
• 微博热搜
  微博中的每一个帖子都有各种各样的信息,包括点赞数,浏览数,转发数,评论数等.这时候我们就可以在Redis中使用求交集的方法或者使用求并集的方法,针对每一个帖子不同的信息赋予不同的权重,这样综合考虑下来计算得到综合分数,就计算出了最终一个帖子的热度,求得交集或者并集的zset中也会自动按照综合热度进行排行.