Redis - Zset 有序集合

一、基本认识

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。

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。

数据结构 是否允许重复元素 是否有序 有序依据 应⽤场景
列表 索引下标 时间轴、消息队列 等
集合 标签、社交等
有序集合 分数 排⾏榜系统、社交 等

二、普通命令

2.1、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。
  • NX:仅⽤于添加新元素,不会更新已经存在的元素。
  • 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:

bash 复制代码
ZADD key [NX | XX] [GT | LT] [CH] [INCR] score member [score member ...]

**命令有效版本:**1.2.0之后

**时间复杂度:**O(log(N))

**返回值:**本次添加成功的元素个数。

⽰例:

bash 复制代码
 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 WITHSCORES
 1) "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 WITHSCORES
 1) "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 WITHSCORES
 1) "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"

2.2、 ZCARD

获取⼀个zset的基数(cardinality),即zset中的元素个数。

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 redis> ZADD myzset 1 "one"
 (integer) 1
 redis> ZADD myzset 2 "two"
 (integer) 1
 redis> ZCARD myzset
 (integer) 2

2.3、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:

bash 复制代码
 ZCOUNT key min max

**命令有效版本:**2.0.0之后

**时间复杂度:**O(log(N))

**返回值:**满⾜条件的元素列表个数。

⽰例:

bash 复制代码
 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

2.4、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:

bash 复制代码
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)

**返回值:**区间内的元素列表。

⽰例:

bash 复制代码
 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"

2.5、ZREVRANGE

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:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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"

2.6、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:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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)

2.7、ZPOPMAX

删除并返回分数最⾼的count个元素。

语法:

bash 复制代码
ZPOPMAX 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:

bash 复制代码
 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"

2.8、BZPOPMAX

ZPOPMAX的阻塞版本。

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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"

2.10、ZPOPMIN

删除并返回分数最低的count个元素。

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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"

2.11、BZPOPMIN

ZPOPMIN的阻塞版本。

语法:

bash 复制代码
 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:

bash 复制代码
 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"

2.12、ZRANK

返回指定元素的排名,升序。

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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)

2.13、ZREVRANK

返回指定元素的排名,降序。

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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)

2.14、ZSCORE

返回指定元素的分数。

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 redis> ZADD myzset 1 "one"
 (integer) 1
 redis> ZSCORE myzset "one"
 "1"

2.15、ZREM

删除指定的元素。

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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"

2.16、ZREMRANGEBYRANK

按照排序,升序删除指定范围的元素,左闭右闭。

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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"

2.17、ZREMRANGEBYSCORE

按照分数删除指定范围的元素,左闭右闭

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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"

2.18、ZINCRBY

为指定的元素的关联分数添加指定的分数值

语法:

bash 复制代码
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:

bash 复制代码
 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"

三、集合间操作

图2-27有序集合的交集操作

3.1、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:

bash 复制代码
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.

返回值:⽬标集合中的元素个数

⽰例:

bash 复制代码
 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

3.2、 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:

bash 复制代码
 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:

bash 复制代码
 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"

3.3、命令⼩结

表2-8有序集合命令

命令 时间复杂度
zadd key score member [scoremember...] O(k *log(n)),k 是添加成员的个数,n是当前有序集合的元 素个数
zcard key O(1)
zscore key member O(1)
zrank key member zrevrank key member O(log(n)),n是当前有序集合的元素个数
zrem key member [member...] O(k*log(n)),k是删除成员的个数,n是当前有序集合的元 素个数
zincrby key increment member O(log(n)),n是当前有序集合的元素个数
zrange key start end [withscores] zrevrange key start end [withscores] O(k+log(n)),k是获取成员的个数,n是当前有序集合的元 素个数
zrangebyscore key min max [withscores] zrevrangebyscore key max min [withscores] O(k+log(n)),k是获取成员的个数,n是当前有序集合的元 素个数
zcount O(log(n)),n是当前有序集合的元素个数
zremrangebyrank key start end O(k+log(n)),k是获取成员的个数,n是当前有序集合的元 素个数
zremrangebyscore key min max O(k+log(n)),k是获取成员的个数,n是当前有序集合的元 素个数
zinterstore destination numkeys key [key...] O(n*k)+O(m*log(m)),n是输⼊的集合最⼩的元素个数, k是集合个数,m是⽬标集合元素个数
zunionstore destination numkeys key [key ...] O(n)+O(m*log(m)),n是输⼊集合总元素个数,m是⽬标 集合元素个数

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:

bash 复制代码
 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:

bash 复制代码
 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:

bash 复制代码
 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。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:

bash 复制代码
zadd user:ranking:2022-03-15 3 james

之后如果再获得赞,可以使⽤zincrby:

bash 复制代码
 zincrby user:ranking:2022-03-15 1 james

2)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:

bash 复制代码
zrem user:ranking:2022-03-15 tom

3)展⽰获取赞数最多的10个⽤⼾

此功能使⽤zrevrange命令实现:

bash 复制代码
 zrevrangebyrank user:ranking:2022-03-15 0 9

4)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

bash 复制代码
 hgetall user:info:tom
 zscore user:ranking:2022-03-15 mike
 zrank user:ranking:2022-03-15 mike
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