目录
- Zset 有序集合
- 普通命令
- 集合间操作
- 命令⼩结
- 内部编码
- 使⽤场景
Zset 有序集合
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,着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。如图 2-26 所⽰,该有序集合显⽰了三国中的武将的武⼒。
这里的有序指的是升序/降序
而 zset 内部就是按照升序排列的
图 2-26 有序集合
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,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。
表 2-7 列表、集合、有序集合三者的异同点。
列表的有序是指顺序很重要,比如 a,b,c 和 c,b,a 是不一样的
有序集合的有序是指升序/降序
普通命令
ZADD
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。
- NX:仅⽤于添加新元素,不会更新已经存在的元素。
这里说的元素是 member,而不是 score
如果不添加 XX 或者 NX 时,如果当前 member 已经存在就更新 score,如果当前 member 不存在就添加新 member
如果添加了 XX,如果当前 member 已经存在就更新 score,不存在就不管,即只做修改不做添加
如果添加了 NX,如果当前 member 不存在就添加新 member,存在就不管,即只做添加不做修改
- CH(change):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,会影响 zadd 的返回值。
- 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。此时的返回值是修改后的分数
- LT(less than):这个选项指定只有当给定分数小于目标成员当前分数时,才会对该成员进行添加或更新操作。这个选项不会阻止添加新元素。
LT
选项适用于那些只想在成员的分数降低时才更新分数的场景,如调整排名或分数减少的特定业务逻辑。- GT(greater than):与
LT
相对,GT
选项指定只有当给定分数大于目标成员当前分数时,才执行添加或更新操作。这个选项不会阻止添加新元素。GT
适用于只有在分数提高时才需要更新的场景,例如更新最高分、促销活动中的积分增加等。- 这两个选项在 Redis 6.2.0 版本引入,旨在让用户能够根据分数范围决定是否添加或更新元素。
语法:
ZADD key [NX | XX] [GT | LT] [CH] [INCR] score member [score member
...]
member 和 score 称为一个 “pair”,可以通过 member 查找 score,也可以通过 score 查找 member
命令有效版本:1.2.0 之后
时间复杂度:O(log(N)),N 指的是有序集合中的元素个数
由于 zset 是有序结构,要求新增的元素要放到合适的位置。之所以是 logN 而不是 N,是因为 zset 内部的数据结构是跳表
返回值:本次添加成功的元素个数(如果是修改操作,不算是个数,即0)。
⽰例:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 1 "uno"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two" 3 "three"
(integer) 2
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "1"
3) "uno"
4) "1"
5) "two"
6) "2"
7) "three"
8) "3"
redis> ZADD myzset 10 one 20 two 30 three
(integer) 0
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
1) "uno"
2) "1"
3) "one"
4) "10"
5) "two"
6) "20"
7) "three"
8) "30"
redis> ZADD myzset CH 100 one 200 two 300 three
(integer) 3
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
1) "uno"
2) "1"
3) "one"
4) "100"
5) "two"
6) "200"
7) "three"
8) "300"
redis> ZADD myzset XX 1 one 2 two 3 three 4 four 5 five
(integer) 0
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "1"
3) "uno"
4) "1"
5) "two"
6) "2"
7) "three"
8) "3"
redis> ZADD myzset NX 100 one 200 two 300 three 400 four 500 five
(integer) 2
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES1) "one"2) "1"3) "uno"4) "1"5) "two"6) "2"7) "three"8) "3"9) "four"
10) "400"
11) "five"
12) "500"
redis> ZADD myzset INCR 10 one
"11"
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES1) "uno"2) "1"3) "two"4) "2"5) "three"6) "3"7) "one"8) "11"9) "four"
10) "400"
11) "five"
12) "500"
redis> ZADD myzset -inf "negative infinity" +inf "positive infinity"
(integer) 2
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES1) "negative infinity"2) "-inf"3) "uno"4) "1"5) "two"6) "2"7) "three"8) "3"9) "one"
10) "11"
11) "four"
12) "400"
13) "five"
14) "500"
15) "positive infinity"
16) "inf"
ZCARD
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:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZCARD myzset
(integer) 2
ZCOUNT
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(即闭区间),可以通过 (
排除(变为开区间)。
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,这两个操作都是 logN 的时间复杂度
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,就直接知道了元素所在的“次序”,就可以直接把 max 对应的元素次序和 min 对应的元素次序,做一个减法即可
返回值:满⾜条件的元素列表个数。
⽰例:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZCOUNT myzset -inf +inf
(integer) 3
redis> ZCOUNT myzset 1 3
(integer) 3
redis> ZCOUNT myzset (1 3
(integer) 2
redis> ZCOUNT myzset (1 (3
(integer) 1
ZRANGE
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),此处先根据下标找到边界值,start 或者 stop 的,然后就需要遍历了
返回值:区间内的元素列表(按升序返回)。
⽰例:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "1"
3) "two"
4) "2"
5) "three"
6) "3"
redis> ZRANGE myzset 0 -1
1) "one"
2) "two"
3) "three"
redis> ZRANGE myzset 2 3
1) "three"
redis> ZRANGE myzset -2 -1
1) "two"
2) "three"
ZREVRANGE
zrevrange
z reverse range,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。
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:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZREVRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
1) "three"
2) "3"
3) "two"
4) "2"
5) "one"
6) "1"
redis> ZREVRANGE myzset 0 -1
1) "three"
2) "two"
3) "one"
redis> ZREVRANGE myzset 2 3
1) "one"
redis> ZREVRANGE myzset -2 -1
1) "two"
2) "one"
ZRANGEBYSCORE
zrangebyscore
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。
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:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZRANGEBYSCORE myzset -inf +inf
1) "one"
2) "two"
3) "three"
redis> ZRANGEBYSCORE myzset 1 2
1) "one"
2) "two"
redis> ZRANGEBYSCORE myzset (1 2
1) "two"
redis> ZRANGEBYSCORE myzset (1 (2
(empty array)
ZPOPMAX
zpopmax
删除并返回分数最⾼的 count 个元素。(类似于尾删)
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 是有序集合的元素个数,M 是要删除的元素个数
既然这个操作是尾删,为什么不把最后一个元素的位置特殊记录下来,这样后续查找删除就可以 O(1) 了,省去查找的过程。但实际上 Redis 确定有记录了尾部这样的特定位置,但删除时没有应用这个特性,而是直接调用了一个通用的删除函数,给定一个 member 的值,进行查找,找到位置后再删除。
没有这么做的原因可能是因为 O(logN) 速度并不是很慢,优化为 O(1) 性价比不高
返回值:元素和分数列表。
⽰例:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZPOPMAX myzset
1) "three"
2) "3"
如果存在多个元素,分数相同,同时为最大值,zpopmax 只删除的是其中一个,按照字典序决定先后
BZPOPMAX
bzpopmax
ZPOPMAX 的阻塞版本。
我们的这个有序集合 zset 可以视为一个优先级队列,有时可能需要带有阻塞功能
语法:
BZPOPMAX key [key ...] timeout
单位是秒
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:
redis> DEL zset1 zset2
(integer) 0
redis> ZADD zset1 0 a 1 b 2 c
(integer) 3
redis> BZPOPMAX zset1 zset2 0
1) "zset1"
2) "c"
3) "2"
ZPOPMIN
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:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZPOPMIN myzset
1) "one"
2) "1"
BZPOPMIN
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:
redis> DEL zset1 zset2
(integer) 0
redis> ZADD zset1 0 a 1 b 2 c
(integer) 3
redis> BZPOPMIN zset1 zset2 0
1) "zset1"
2) "a"
3) "0"
ZRANK
zrank
返回指定元素的排名,升序。下标从0开始算
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:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZRANK myzset "three"
(integer) 2
redis> ZRANK myzset "four"
(nil)
ZREVRANK
zrevrank
re-reverse
返回指定元素的排名,降序。下标从0开始算
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。
⽰例:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 2 "two"
(integer) 1
redis> ZADD myzset 3 "three"
(integer) 1
redis> ZREVRANK myzset "one"
(integer) 2
redis> ZREVRANK myzset "four"
(nil)
ZSCORE
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)
此处是 Redis 对于这样的查询做了特殊优化,用额外的空间进行优化到 O(1)
返回值:分数。
⽰例:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZSCORE myzset "one"
"1"
ZREM
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)),M 是 member 的个数,N 是整个有序集合的元素个数
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> ZREM myzset "two"
(integer) 1
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "1"
3) "three"
4) "3"
ZREMRANGEBYRANK
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),M 是 [start, stop] 的大小,N 是整个有序集合的元素个数,此处查找位置,只需要查找一次 start 和 stop,因此这部分只是一个 logN
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
1) "three"
2) "3"
ZREMRANGEBYSCORE
zremrangebyscore
按照分数删除指定范围的元素,左闭右闭。可以用 (
排除边界值
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
1) "two"
2) "2"
3) "three"
4) "3"
ZINCRBY
为指定的元素的关联分数添加指定的分数值。修改分数后还会自动移动保持有序集合的顺序
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
1) "two"
2) "2"
3) "one"
4) "3"
集合间操作
zinter、zunion、zdiff 这几个是从 Redis 6.2 才有的,此处暂不涉及
图 2-27 有序集合的交集操作
ZINTERSTORE
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:
destination:把交集后的结果存储到 destination
numkeys:描述了后续有几个 key 要参与交集运算,这是一个整数。这么做的原因是 numkeys 描述出 key 的个数之后,就可以明确的指导后面的“选项”是从哪里开始了,避免选项和 keys 混淆
weights:权重,可以写成小数
aggregate:如果 member 相同,score 不同,交集合并之后,score 的算法是 取 sum/min/max,默认是 sum
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(N*K)+O(M*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。
这个时间复杂度可以化简一下得到一个近似值,K 一般不会很大,近似看作 1;假设 N 和 M 是接近的(这里不太严谨,只是近似来看)。此时时间复杂度就变为了
O(M)+O(M*logM)
,又可以近似于O(M*logM)
返回值:⽬标集合中的元素个数
⽰例:
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> ZINTERSTORE out 2 zset1 zset2 WEIGHTS 2 3
(integer) 2
redis> ZRANGE out 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "5"
3) "two"
4) "10"
图 2-28 有序集合的并集操作
ZUNIONSTORE
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
⽰例:
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
1) "one"
2) "5"
3) "three"
4) "9"
5) "two"
6) "10"
命令⼩结
表 2-8 有序集合命令
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。
跳表简单来说是一个“复杂链表”。在跳表中查询元素的时间复杂度是 O(logN),相比于树形结构更适合按照范围获取元素
- 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"
- 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"
- 当某个元素⼤于 64 字节时,内部编码 skiplist:
1 127.0.0.1:6379> zadd zsetkey 50 "one string bigger than 64 bytes ... (省略) ..."
2 (integer) 1
3 127.0.0.1:6379> object encoding zsetkey
4 "skiplist"
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(此时可以借助 zinterstore/zunionstore 按照加权方式来处理)。本例中我们使⽤点赞数这个维度,维护每天的热榜:
- 添加⽤⼾赞数
例如⽤⼾ 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: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
- 取消⽤⼾赞数
由于各种原因(例如⽤⼾注销、⽤⼾作弊等)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。例如删除成员 tom:
zrem user:ranking:2022-03-15 tom
- 展⽰获取赞数最多的 10 个⽤⼾
此功能使⽤ zrevrange 命令实现:
zrevrangebyrank user:ranking:2022-03-15 0 9
- 展⽰⽤⼾信息以及⽤⼾分数
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