[Redis][Zset]详细讲解

0.前言

• 它保留了集合不能有重复成员的特点，但与集合不同的是，有序集合中的每个元素都有⼀个唯⼀的浮点类型的分数(score)与之关联，这使得有序集合中的元素是可以维护有序性的，但这个有序不是⽤下标作为排序依据⽽是⽤这个分数

  • 注意：
    • zset内部是按照升序方式来排列的
    • 如果score相同，则按照元素自身字符串的字典序来排列
      

• 有序集合提供了获取指定分数和元素范围查找、计算成员排名等功能，合理地利⽤有序集合，可 以帮助在实际开发中解决很多问题

  • 对于ZSET来说，既可以通过member找到对应的score，也可以通过score找到匹配的member

• 有序集合中的元素是不能重复的，但分数允许重复
  

1.常见命令

1.ZADD

• 功能：添加或者更新指定的元素以及关联的分数到zset中，分数应该符合double类型，+inf/-inf作为正负极限也是合法的
• 语法：ZADD key [NX | XX] [GT | LT] [CH] [INCR] score member [score member ...]
• 相关选项：
  • XX：仅仅用于更新已经存在的元素，不会添加新元素
  • NX：仅用于添加新元素，不会更新已经存在的元素
  • LT：新score小于当前score，则更新
  • GT：新score大于当前score，则更新
  • CH：默认情况下，ZADD返回的是本次添加的元素个数，但指定这个选项之后，就会还包含本次更新的元素的个数
  • INCR：此时命令类似ZINCRBY的效果，将元素的分数加上指定的分数。此时只能指定一个元素和分数
• 返回值：本次添加成功的元素个数
• 时间复杂度：$O(log(N))$

2.ZCARD

• 功能：获取一个zset的计数(cardinality)，即zset中的元素个数
• 语法：ZCARD key
• 返回值：zset内的元素个数
• 时间复杂度：$O(1)$

3.ZCOUNT

• 功能：返回分数在min和max之间的元素个数
  • 默认情况下，min和max都是包含的，可以通过(排除 -> 表示开区间
  • 左右区间都只能用(排除，而不是左区间用(，右区间用)
• 语法：ZCOUNT key min max
• 返回值：满足条件的元素列表个数
• 时间复杂度：$O(log(N))$

4.ZRANGE

• 功能：返回指定区间⾥的元素，分数按照升序，带上WITHSCORES可以把分数也返回
• 语法：ZRANGE key start stop [WITHSCORES]
• 返回值：区间内的元素列表
• 时间复杂度：$O(log(N)+M)$

5.ZREVRANGE

• 功能：返回指定区间⾥的元素，分数按照降序，带上WITHSCORES可以把分数也返回
  • 注意：这个命令可能在6.2.0之后废弃，并且功能合并到ZRANGE中
• 语法：ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]
• 返回值：区间内的元素列表
• 时间复杂度：$O(log(N)+M)$

6.ZRANGEBYSCORE

• 功能：返回分数在min和max之间的元素，默认情况下，min和max都是包含的，可以通过(排除
  • 注意：这个命令可能在6.2.0之后废弃，并且功能合并到ZRANGE中
• 语法：ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES]
• 返回值：区间内的元素列表
• 时间复杂度：$O(log(N)+M)$

7.ZPOPMAX

• 功能：删除并返回分数最高的count个元素
• 语法：ZPOPMAX key [count]
• 返回值：分数和元素列表
• 时间复杂度：$O(log(N)\ast M)$

8.BZPOPMAX

• 功能：ZPOPMAX的阻塞版本
• 语法：BZPOPMAX key [key ...] timeout
  • timeout：单位为秒，支持浮点数
• 返回值：元素列表
• 时间复杂度：$O(log(N))$

9.ZPOPMIN

• 功能：删除并返回分数最低的count个元素
• 语法：ZPOPMIN key [count]
• 返回值：分数和元素列表
• 时间复杂度：$O(log(N)\ast M)$

10.BZPOPMIN

• 功能：ZPOPMIN的阻塞版本
• 语法：BZPOPMIN key [key ...] timeout
• 返回值：元素列表
• 时间复杂度：$O(log(N))$

11.ZRANK

• 功能：返回指定元素的排名，升序
• 语法：ZRANK key member
• 返回值：排名
• 时间复杂度：$O(log(N))$

12.ZREVRANK

• 功能：返回指定元素的排名，降序
• 语法：ZREVRANK key member
• 返回值：排名
• 时间复杂度：$O(log(N))$

13.ZSCORE

• 功能：返回指定元素的分数
• 语法：ZSCORE key member
• 返回值：分数
• 时间复杂度：$O(1)$

14.ZREM

• 功能：删除指定元素
• 语法：ZREM key member [member ...]
• 返回值：本次操作删除的元素个数
• 时间复杂度：$O(log(N)\ast M)$

15.ZREMRANGEBYRANK

• 功能：按照排序，升序删除指定范围的元素，左闭右闭
• 语法：ZREMRANGEBYRANK key start stop
• 返回值：本次操作删除的元素个数
• 时间复杂度：$O(log(N)+M)$

16.ZREMRANGEBYSCORE

• 功能：按照分数删除指定范围的元素，左闭右闭
• 语法：ZREMRANGEBYSCORE key min max
• 返回值：本次操作删除的元素个数
• 时间复杂度：$O(log(N)+M)$

17.ZINCRBY

• 功能：为指定的元素的关联分数添加指定的分数值
• 语法：ZINCRBY key increment member
• 返回值：增加后元素的分数
• 时间复杂度：$O(log(N))$

2.集合间操作

1.有序集合的交集操作

2.ZINTERSTORE

• 功能：求出给定有序集合中元素的交集并保存进⽬标有序集合中，在合并过程中以元素为单位进⾏合并，元 素对应的分数按照不同的聚合⽅式和权重得到新的分数
• 语法：ZINTERSTORE dest numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE]
  • 注意：numkeys必须准确填写，以便后面将参数准确解析
• 返回值：⽬标集合中的元素个数
• 时间复杂度：$O(N\ast K)+O(M\ast log(M))$，N是输⼊的有序集合中最⼩的有序集合的元素个数，K是输⼊了 ⼏个有序集合，M是最终结果的有序集合的元素个数

3.有序集合的并集操作

4.ZUNIONSTORE

• 功能：求出给定有序集合中元素的并集并保存进⽬标有序集合中，在合并过程中以元素为单位进⾏合并，元 素对应的分数按照不同的聚合⽅式和权重得到新的分数
• 语法：ZUNIONSTORE dest numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE ]
• 返回值：目标集合中的元素个数
• 时间复杂度：$O(N)+O(M\ast log(M))$，N是输⼊的有序集合总的元素个数，M是最终结果的有序集合的元素个数

3.内部编码

1.ziplist(压缩链表)

• 当有序集合的元素个数⼩于zset-max-ziplist-entries配置(默认128个)， 同时每个元素的值都⼩于zset-max-ziplist-value配置(默认64字节)时，Redis会⽤ziplist来作为有序集合的内部实现，ziplist可以有效减少内存的使⽤

2.skiplist(跳表)

• 当ziplist条件不满⾜时，有序集合会使⽤skiplist作为内部实现，因为此时ziplist的操作效率会下降

4.使用场景

• 有序集合⽐较典型的使⽤场景就是排⾏榜系统
  • 例如：常⻅的⽹站上的热榜信息，榜单的维度可能是多⽅⾯的：按照时间、按照阅读量、按照点赞量
• 示例：凭借点赞数，维护每天的热榜
  • 添加用户点赞数：

    # ⽤⼾james发布了⼀篇⽂章，并获得3个赞，可以使⽤有序集合的zadd和zincrby功能
    zadd user:ranking:2024-09-01 3 james
    
    # 之后如果再获得赞，可以使⽤zincrby
    zincrby user:ranking:2022-03-15 1 james
    

  • 取消用户点赞数：

    # 由于各种原因需要将⽤⼾删除，此时需要将⽤⼾从榜单中删除掉，可以使⽤zrem
    zrem user:ranking:2024-09-01 tom
    

  • 展示获取赞数最多的10个用户：

    zrevrangebyrank user:ranking:2024-09-01 0 9
    

  • 展示用户信息以及用户分数：次功能将⽤⼾名作为键后缀，将⽤⼾信息保存在哈希类型中，⾄于⽤⼾的分数和排名可以使⽤zscore和zrank来实现

    hgetall user:info:tom
    zscore user:ranking:2022-03-15 mike
    zrank user:ranking:2022-03-15 mike