【Redis初阶】Zset 有序集合

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📚本系列文章为个人学习笔记，在这里撰写成文一为巩固知识，二为展示我的学习过程及理解。文笔、排版拙劣，望见谅。

前言

Zset有序集合相对于字符串、列表、哈希、集合来说会有一些陌生。它保留了set集合不能有重复成员的特点，但与set集合不同的是，Zset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，着使得Zset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。如图所示，该有序集合显示了三国中的武将的武力。（这里的有序指升序/降序）（排序规则按照一定的分数）

• 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
  以帮助我们在实际开发中解决很多问题。

• 有序集合中的元素是不能重复的（唯一的），但分数允许重复。类比于一次考试之后，每个人一定有一个唯一的分数，但分数允许相同。

列表、集合、有序集合三者的异同点：

一、普通命令

1.ZADD

• 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。

• ZADD 的相关选项：

• XX：仅仅用于更新已经存在的元素，不会添加新元素。（仅在member成员已存在时才更新分数。）

• NX：仅用于添加新元素，不会更新已经存在的元素。（仅在member成员不存在时才添加）
  

• LT：表示只有当member成员 当前的分数 小于 新分数时，才会更新分数。
  换句话说，只有在新的分数大于现有分数时，才会进行更新，否则不会对该成员进行任何修改。

• GT：表示只有当member成员 当前的分数 大于 新分数时，才会更新分数。
  换句话说，只由在新的分数小于现有分数时，才会进行更新，否则不会对该成员进行任何修改。

• 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。

• 语法：

ZADD key [NX | XX] [GT | LT] [CH] [INCR] score member [score member...]

• 添加元素的时候，既要添加 score 也要添加 member ，score和member称为是一个“pair”
• 不要把 score 和 member 理解成“键值对”（key-value pair）
• 对于有序集合来说，既可以通过 score 找到对应的 member ，也能通过 member 找到对应的 score
• 命令有效版本：1.2.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N)) n是有序集合中已经有的元素个数，要求新增的元素，要放到合适的位置上（之所以log(N) 不是 N ，也是充分利用了有序这样的特点，当然zset 内部的数据结构，主要是调表）
• 返回值：本次添加成功的元素个数。
• 示例：

#分数如果相同的话，按照元素自身字符串的字典来排序
#zset有序集合内部 元素是按照升序来排列的
 127.0.0.1:6379> FLUSHALL
OK
127.0.0.1:6379> ZADD key 99 吕布 98 赵云 96 典韦 95 关羽
(integer) 4
#zrange 查看有序集合中元素的详情
#类似于 lrange 可以指定一对下标构成的区间
#有序集合，本身元素就有先后顺序的，因此就可以给这个有序集合赋予下标这样的概念
127.0.0.1:6379> ZRANGE key 0 -1
1) "\xe5\x85\xb3\xe7\xbe\xbd"
2) "\xe5\x85\xb8\xe9\x9f\xa6"
3) "\xe8\xb5\xb5\xe4\xba\x91"
4) "\xe5\x90\x95\xe5\xb8\x83"
# redis内部在存储数据的时候，是按照二进制方式进行存储的，这就意味着redis服务器不负责“字符编码”的
#要把二进制数据转化为 汉字，还需要客户端来进行支持~~
#redis-cli --raw 这样的命令进行处理
#ctrl + c 退出redis客户端
root@iZ2ze1wowvpkkp7wnart6oZ:~# redis-cli  --raw
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1
关羽
典韦
赵云
吕布

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
关羽
95
典韦
96
赵云
98
吕布
99

127.0.0.1:6379> zadd key 97 赵云
0
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1
关羽
典韦
赵云
吕布
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
关羽
95
典韦
96
赵云
97
吕布
99

127.0.0.1:6379> zadd key 10 吕布
0
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
关羽
95
典韦
96
赵云
97

• nx xx 的使用

127.0.0.1:6379> zadd key nx 94 张飞
1
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
94
关羽
95
典韦
96
赵云
97
127.0.0.1:6379> zadd key xx 92 张飞
0
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97

2.ZCARD

• 获取⼀个 zset 的基数（cardinality），即 zset 中的元素个数。
• 语法：

ZCARD key

• 命令有效版本：1.2.0 之后
• 时间复杂度：O(1)
• 返回值：zset 内的元素个数
• 示例：

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97
127.0.0.1:6379> zcard key
5

3.ZCOUNT

• 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。
• 语法：

ZCOUNT key min max

• 命令有效版本：2.0.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N)) 先根据min找到对应的元素，再根据max找到对应的元素。实际上Zset内部，会记录每个元素当前的“排行/次序”。查询到元素，就知道了元素所在的“次序”，就可以直接把 max 对应的元素次序和 min 对应的元素的次序，减去即可！！!(不是遍历) （min 和 max 可以写成浮点数）（在浮点数中，存在两个特殊的数值：inf 无穷大 -inf 负无穷大）
• 返回值：满足条件的元素列表个数。
• 示例：

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97
127.0.0.1:6379> zcount key 95 97
3
#去除95
127.0.0.1:6379> zcount key (95 97
2
#去除95 97
127.0.0.1:6379> zcount key (95 (97
1

4.ZRANGE

• 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]
#此处的 [start, stop] 为下标构成的区间. 从 0 开始, ⽀持负数.

• 命令有效版本：1.2.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N)+M) n指整个有序集合的个数，m为区间的个数
• 返回值：区间内的元素列表。
• 示例：

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97

5.ZREVRANGE

• 返回指定区间里的元素，分数按照降序。（逆序）带上 WITHSCORES 可以把分数也返回。
• 备注：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]

• 命令有效版本：1.2.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N)+M)
• 返回值：区间内的元素列表。
• 示例：

127.0.0.1:6379> zrevrange key 0 -1 withscores
赵云
97
典韦
96
关羽
95
张飞
92
吕布
10

6.ZRANGEBYSCORE

• 返回分数在 min 和 max 之间的元素（根据分数），默认情况下，min 和 max 都是包含的，可以通过 ( 排除。
• 备注：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]

• 命令有效版本：1.0.5 之后
• 时间复杂度：O(log(N)+M)
• 返回值：区间内的元素列表。
• 示例：

127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE key 95 97 withscores
关羽
95
典韦
96
赵云
97

7.ZPOPMAX

• 删除并返回分数最⾼的 count 个元素。
• 语法：

ZPOPMAX key [count]

• 命令有效版本：5.0.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N) * M) n有序集合的元素个数，m count 要删除的元素个数
• 返回值：分数和元素列表。
• 示例：

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97
127.0.0.1:6379> ZPOPMAX key
赵云
97
127.0.0.1:6379> ZPOPMAX key 2
典韦
96
关羽
95

如果存在多个元素，分数相同，同时为最大值，zpopmax删除的时候，仍然只删除其中一个元素！！！

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
关羽
95
典韦
96
张飞
96
127.0.0.1:6379> zpopmax key
张飞
96

8.BZPOPMAX

• ZPOPMAX 的阻塞版本。
• 咱们这里的“有序集合”也可以视为是一个“优先级队列”，有的时候，也需要一个带有“阻塞功能”的优先级队列
• 阻塞也是在有序集合为空的时候触发的
• 语法：

BZPOPMAX key [key ...] timeout

• 命令有效版本：5.0.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N))
• 返回值：元素列表。
• 示例：
  

9.ZPOPMIN

• 删除并返回分数最低的 count 个元素。
• 语法：

ZPOPMIN key [count]

• 命令有效版本：5.0.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N) * M)
• 返回值：分数和元素列表。
• 示例：

127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> zadd key 10 zhangsan 20 lisi 30 wangwu
3
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangsan
10
lisi
20
wangwu
30
127.0.0.1:6379> zpopmin key
zhangsan
10

10.BZPOPMIN

• ZPOPMIN 的阻塞版本。

• 语法：

BZPOPMIN key [key ...] timeout

• 命令有效版本：5.0.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N))
• 返回值：元素列表。
• 示例：

11.ZRANK

• 返回指定元素的排名，升序。
• 语法：

ZRANK key member

• 命令有效版本：2.0.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N))
• 返回值：排名。
• 示例：

127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> zadd key 10 zhangsan 20 lisi 30 wangwu 40 zhaoliu
4
127.0.0.1:6379> zrank key lisi
1
127.0.0.1:6379> zrank key zhaoliu
3

12.ZREVRANK

• 返回指定元素的排名，降序。
• 语法：

ZREVRANK key member

• 命令有效版本：2.0.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N))
• 返回值：排名。（下标）

13.ZSCORE

• 返回指定元素的分数。
• 语法：

ZSCORE key member

• 命令有效版本：1.2.0 之后
• 时间复杂度：O(1)
• 返回值：分数。
• 示例：

redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZSCORE myzset "one"
"1

14.ZREM

• 删除指定的元素。
• 语法：

ZREM key member [member ...]

• 命令有效版本：1.2.0 之后
• 时间复杂度：O(M*log(N))
• 返回值：本次操作删除的元素个数。
• 示例：

127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangsan
10
lisi
20
wangwu
30
zhaoliu
40
127.0.0.1:6379> zrem key lisi
1
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangsan
10
wangwu
30
zhaoliu
40

15.ZREMRANGEBYRANK

• 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

• 命令有效版本：2.0.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N)+M)
• 返回值：本次操作删除的元素个数。
• 示例：

redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZREMRANGEBYRANK myzset 0 1
(integer) 2
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
"three"
"3"

16.ZREMRANGEBYSCORE

• 按照分数删除指定范围的元素，左闭右闭。
• 语法：

ZREMRANGEBYSCORE key min max

• 命令有效版本：1.2.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N)+M)
• 返回值：本次操作删除的元素个数。
• 示例：

redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZREMRANGEBYSCORE myzset -inf (2
(integer) 1
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
"two"
"2"
"three"
"3"

17.ZINCRBY

• 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

• 命令有效版本：1.2.0 之后
• 时间复杂度：O(log(N))
• 返回值：增加后元素的分数。
• 示例：

redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZINCRBY myzset 2 "one"
"3"
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
"two"
"2"
"one"
"3"

二、集合间操作

1.有序集合的并集操作

2.ZUNIONSTORE

• 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 destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE <SUM | MIN | MAX>]

• 命令有效版本：2.0.0 之后
• 时间复杂度：O(N)+O(M*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.
• 返回值：目标集合中的元素个数

redis> ZADD zset1 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD zset1 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD zset2 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD zset2 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD zset2 3 "three"
(integer) 1
redis> ZUNIONSTORE out 2 zset1 zset2 WEIGHTS 2 3
(integer) 3
redis> ZRANGE out 0 -1 WITHSCORES
"one"
"5"
"three"
"9"
"two"
"10"

3.有序集合的交集操作

4.ZINTERSTORE

• 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 destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]][AGGREGATE <SUM | MIN | MAX>]

• 命令有效版本：2.0.0 之后
• 时间复杂度：O(NK)+O(Mlog(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.
• 返回值：目标集合中的元素个数
• 示例：

root@iZ2ze1wowvpkkp7wnart6oZ:~# redis-cli --raw
127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> zadd key1 10 zhangsan 20 lisi 30 wangwu
3
127.0.0.1:6379> zadd key2 1 zhangsan 2 lisi 3 zhaoliu
3
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key3 2 key1 key2
2
127.0.0.1:6379> zrange key3 0 -1 withscores
zhangsan
11
lisi
22
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key4 2 key1 key2 weights 2 3
2
127.0.0.1:6379> zrange key4 0 -1 withscores
zhangsan
23
lisi
46
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key5 2 key1 key2 aggregate max
2
127.0.0.1:6379> zrange key5 0 -1 withscores
zhangsan
10
lisi
20
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key6 2 key1 key2 aggregate min
2
127.0.0.1:6379> zrange key6 0 -1 withscores
zhangsan
1
lisi
2

三、命令小结

四、内部编码

有序集合类型的内部编码有两种：

• ziplist（压缩列表）：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。
• 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。
• 1）当元素个数较少且每个元素较小时，内部编码为 ziplist：

127.0.0.1:6379> zadd zsetkey 50 e1 60 e2 30 e3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> object encoding zsetkey
"ziplist"

• 2）当元素个数超过 128 个，内部编码 skiplist：

127.0.0.1:6379> zadd zsetkey 50 e1 60 e2 30 e3 ... 省略 ... 82 e129
(integer) 129
127.0.0.1:6379> object encoding zsetkey
"skiplist"

• 3）当某个元素⼤于 64 字节时，内部编码 skiplist：

127.0.0.1:6379> zadd zsetkey 50 "one string bigger than 64 bytes ... 省略 ..."
(integer) 1
127.0.0.1:6379> object encoding zsetkey
"skiplist"

五、使用场景

• 有序集合比较典型的使用场景就是排行榜系统。例如常见网站上的热榜信息，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。本例中我们使⽤点赞数这个维度，维护每天的热
  榜：

1.添加用户点赞

例如用户 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:2022-03-15 3 james

之后如果再获得赞，可以使用 zincrby：

zincrby user:ranking:2022-03-15 1 james

2.取消用户赞数

由于各种原因（例如用户注销、用户作弊等）需要将用户删除，此时需要将用户从榜单中删除掉，可以使⽤ zrem。例如删除成员tom：

zrem user:ranking:2022-03-15 tom

3.展示获取赞数最多的 10 个用户

此功能使⽤ zrevrange 命令实现：

zrevrangebyrank user:ranking:2022-03-15 0 9

4.展示用户信息以及用户分数

次功能将用户名作为键后缀，将用户信息保存在哈希类型中，至于用户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