Redis開發與運維. 2.6 有序集合

<b>2.6　有序集合</b>

有序集合相對于哈希、清單、集合來說會有一點點陌生，但既然叫有序集合，那麼它和集合必然有着聯系，它保留了集合不能有重複成員的特性，但不同的是，有序集合中的元素可以排序。但是它和清單使用索引下标作為排序依據不同的是，它給每個元素設定一個分數（score）作為排序的依據。如圖2-24所示，該有序集合包含kris、mike、frank、tim、martin、tom，它們的分數分别是1、91、200、220、250、251，有序集合提供了擷取指定分數和元素範圍查詢、計算成員排名等功能，合理的利用有序集合，能幫助我們在實際開發中解決很多問題。

有序集合中的元素不能重複，但是score可以重複，就和一個班裡的同學學号不能重複，但是考試成績可以相同。

表2-7給出了清單、集合、有序集合三者的異同點。

表2-7　給出了清單、集合和有序集合三者的異同點

資料結構         是否允許重複元素         是否有序         有序實作方式         應用場景

清單         是     是     索引下标         時間軸、消息隊列等

集合         否     否     無     标簽、社交等

有序集合         否     是     分值         排行榜系統、社交等

<b> </b>

<b>2.6.1　指令</b>

本節依舊按照集合内和集合外兩個次元對有序集合的指令進行介紹。

1.?集合内

（1）添加成員

zadd key score member [score member ...]

下面操作向有序集合user:ranking添加使用者tom和他的分數251:

127.0.0.1:6379&gt; zadd user:ranking 251

tom

(integer) 1

傳回結果代表成功添加成員的個數:

127.0.0.1:6379&gt; zadd user:ranking 1 kris

91 mike 200 frank 220 tim 250 martin

(integer) 5

有關zadd指令有兩點需要注意：

redis 3.2為zadd指令添加了nx、xx、ch、incr四個選項：

nx：member必須不存在，才可以設定成功，用于添加。

xx：member必須存在，才可以設定成功，用于更新。

ch：傳回此次操作後，有序集合元素和分數發生變化的個數

incr：對score做增加，相當于後面介紹的zincrby。

有序集合相比集合提供了排序字段，但是也産生了代價，zadd的時間複雜度為o(log(n))，sadd的時間複雜度為o(1)。

（2）計算成員個數

zcard key

例如下面操作傳回有序集合user:ranking的成員數為5，和集合類型的scard指令一樣，zcard的時間複雜度為o(1)。

127.0.0.1:6379&gt; zcard user:ranking

（3）計算某個成員的分數

zscore key member

tom的分數為251，如果成員不存在則傳回nil：

127.0.0.1:6379&gt; zscore user:ranking tom

"251"

127.0.0.1:6379&gt; zscore user:ranking test

(nil)

（4）計算成員的排名

zrank key member

zrevrank key member

zrank是從分數從低到高傳回排名，zrevrank反之。例如下面操作中，tom在zrank和zrevrank分别排名第5和第0（排名從0開始計算）。

127.0.0.1:6379&gt; zrank user:ranking tom

127.0.0.1:6379&gt; zrevrank user:ranking

(integer) 0

（5）删除成員

zrem key member [member ...]

下面操作将成員mike從有序集合user:ranking中删除。

127.0.0.1:6379&gt; zrem user:ranking mike

傳回結果為成功删除的個數。

（6）增加成員的分數

zincrby key increment member

下面操作給tom增加了9分，分數變為了260分：

127.0.0.1:6379&gt; zincrby user:ranking 9

"260"

（7）傳回指定排名範圍的成員

zrange   

key start end [withscores]

zrevrange key start end [withscores]

有序集合是按照分值排名的，zrange是從低到高傳回，zrevrange反之。下面代碼傳回排名最低的是三個成員，如果加上withscores選項，同時會傳回成員的分數：

127.0.0.1:6379&gt; zrange user:ranking 0 2

withscores

1) "kris"

2) "1"

3) "frank"

4) "200"

5) "tim"

6) "220"

127.0.0.1:6379&gt; zrevrange user:ranking 0

2 withscores

1) "tom"

2) "260"

3) "martin"

4) "250"

（8）傳回指定分數範圍的成員

zrangebyscore    key min max [withscores] [limit offset

count]

zrevrangebyscore key max min [withscores]

[limit offset count]

其中zrangebyscore按照分數從低到高傳回，zrevrangebyscore反之。例如下面操作從低到高傳回200到221分的成員，withscores選項會同時傳回每個成員的分數。[limit offset count]選項可以限制輸出的起始位置和個數：

127.0.0.1:6379&gt; zrangebyscore

user:ranking 200 tinf withscores

1) "frank"

2) "200"

3) "tim"

4) "220"

127.0.0.1:6379&gt; zrevrangebyscore

user:ranking 221 200 withscores

1) "tim"

2) "220"

同時min和max還支援開區間（小括号）和閉區間（中括号），-inf和+inf分别代表無限小和無限大：

user:ranking (200 +inf withscores

5) "tom"

6) "260"

（9）傳回指定分數範圍成員個數

zcount key min max

下面操作傳回200到221分的成員的個數：

127.0.0.1:6379&gt; zcount user:ranking 200

221

(integer) 2

（10）删除指定排名内的升序元素

zremrangebyrank key start end

下面操作删除第start到第end名的成員：

127.0.0.1:6379&gt; zremrangebyrank

user:ranking 0 2

(integer) 3?

（11）删除指定分數範圍的成員

zremrangebyscore key min max

下面操作将250分以上的成員全部删除，傳回結果為成功删除的個數：

127.0.0.1:6379&gt; zremrangebyscore

user:ranking (250 +inf

(integer) 2?

2.?集合間的操作

将圖2-25的兩個有序集合導入到redis中。

圖2-25　有序集合user:ranking:1和user:ranking:2

127.0.0.1:6379&gt; zadd user:ranking:1 1

kris 91 mike 200 frank 220 tim 250 martin

251 tom

(integer) 6

127.0.0.1:6379&gt; zadd user:ranking:2 8

james 77 mike 625 martin 888 tom

(integer) 4

（1）交集

zinterstore destination numkeys key [key

...] [weights weight [weight ...]]

[aggregate sum|min|max]

這個指令參數較多，下面分别進行說明：

destination：交集計算結果儲存到這個鍵。

numkeys：需要做交集計算鍵的個數。

key [key ...]：需要做交集計算的鍵。

weights weight [weight ...]：每個鍵的權重，在做交集計算時，每個鍵中的每個member會将自己分數乘以這個權重，每個鍵的權重預設是1。

aggregate sum|min|max：計算成員交集後，分值可以按照sum（和）、min（最小值）、max（最大值）做彙總，預設值是sum。

下面操作對user:ranking:1和user:ranking:2做交集，weights和aggregate使用了預設配置，可以看到目标鍵user:ranking:1_inter_2對分值做了sum操作：

127.0.0.1:6379&gt; zinterstore

user:ranking:1_inter_2 2 user:ranking:1

user:ranking:2

(integer) 3

127.0.0.1:6379&gt; zrange

user:ranking:1_inter_2 0 -1 withscores

1) "mike"

2) "168"

4) "875"

6) "1139"

如果想讓user:ranking:2的權重變為0.5，并且聚合效果使用max，可以執行如下操作：

user:ranking:2 weights 1 0.5 aggregate max

2) "91"

4) "312.5"

6) "444"

（2）并集

zunionstore destination numkeys key [key

該指令的所有參數和zinterstore是一緻的，隻不過是做并集計算，例如下面操作是計算user:ranking:1和user:ranking:2的并集，weights和aggregate使用了預設配置，可以看到目标鍵user:ranking:1_union_2對分值做了sum操作：

127.0.0.1:6379&gt; zunionstore

user:ranking:1_union_2 2 user:ranking:1

(integer) 7

user:ranking:1_union_2 0 -1 withscores

 1)

"kris"

 2)

"1"

 3)

"james"

 4)

"8"

 5)

"mike"

 6)

"168"

 7)

"frank"

 8)

"200"

 9)

"tim"

10) "220"

11) "martin"

12) "875"

13) "tom"

14) "1139"

至此有序集合的指令基本介紹完了，表2-8是這些指令的時間複雜度，開發人員在使用對應的指令進行開發時，不僅要考慮功能性，還要了解相應的時間複雜度，防止由于使用不當造成應用方效率下降以及redis阻塞。

表2-8　有序集合指令的時間複雜度

指令         時間複雜度

zadd key score member [score member ...]   o(k×log(n))，k是添加成員的個數，n是目前有序集合成員個數

zcard key o(1)

zscore key member o(1)

zrevrank key member      o(log(n))，n是目前有序集合成員個數

zrem key member [member ...]       o(k*log(n))，k是删除成員的個數，n是目前有序集合成員個數

zincrby key increment member       o(log(n))，n是目前有序集合成員個數

zrevrange key start end [withscores]      o(log(n) + k)，k是要擷取的成員個數，n是目前有序集合成員個數

zrangebyscore    key min max [withscores]

zrevrangebyscore key max min [withscores]  o(log(n) + k)，k是要擷取的成員個數，n是目前有序集合成員個數

zcount      o(log(n))，n是目前有序集合成員個數

zremrangebyrank key start end      o(log(n) + k)，k是要删除的成員個數，n是目前有序集合成員個數

zremrangebyscore key min max      o(log(n) + k)，k是要删除的成員個數，n是目前有序集合成員個數

...] o(n*k)+o(m*log(m))，n是成員數最小的有序集合成員個數，k是有序集合的個數，m是結果集中成員個數

...]         o(n)+o(m*log(m))，n是所有有序集合成員個數和，m是結果集中成員個數

<b>2.6.2　内部編碼</b>

有序集合類型的内部編碼有兩種：

ziplist（壓縮清單）：當有序集合的元素個數小于zset-max-ziplist-entries配置（預設128個），同時每個元素的值都小于zset-max-ziplist-value配置（預設64位元組）時，redis會用ziplist來作為有序集合的内部實作，ziplist可以有效減少記憶體的使用。

skiplist（跳躍表）：當ziplist條件不滿足時，有序集合會使用skiplist作為内部實作，因為此時ziplist的讀寫效率會下降。

下面用示例來說明：

1）當元素個數較少且每個元素較小時，内部編碼為skiplist：

127.0.0.1:6379&gt; zadd zsetkey 50 e1 60 e2

30 e3

127.0.0.1:6379&gt; object encoding zsetkey

"ziplist"

2.1）當元素個數超過128個，内部編碼變為ziplist：

30 e3 12 e4 ...忽略... 84 e129

(integer) 129

"skiplist"

2.2）當某個元素大于64位元組時，内部編碼也會變為hashtable：

127.0.0.1:6379&gt; zadd zsetkey 20

"one string is bigger than 64 byte.............

..................."

<b>2.6.3　使用場景</b>

有序集合比較典型的使用場景就是排行榜系統。例如視訊網站需要對使用者上傳的視訊做排行榜，榜單的次元可能是多個方面的：按照時間、按照播放數量、按照獲得的贊數。本節使用贊數這個次元，記錄每天使用者上傳視訊的排行榜。主要需要實作以下4個功能。

（1）添加使用者贊數

例如使用者mike上傳了一個視訊，并獲得了3個贊，可以使用有序集合的zadd和zincrby功能：

zadd user:ranking:2016_03_15 mike 3

如果之後再獲得一個贊，可以使用zincrby：

zincrby user:ranking:2016_03_15 mike 1

（2）取消使用者贊數

由于各種原因（例如使用者登出、使用者作弊）需要将使用者删除，此時需要将使用者從榜單中删除掉，可以使用zrem。例如删除成員tom：

zrem user:ranking:2016_03_15 mike

（3）展示擷取贊數最多的十個使用者

此功能使用zrevrange指令實作：

zrevrangebyrank user:ranking:2016_03_15 0 9

（4）展示使用者資訊以及使用者分數

此功能将使用者名作為鍵字尾，将使用者資訊儲存在哈希類型中，至于使用者的分數和排名可以使用zscore和zrank兩個功能：

hgetall user:info:tom

zscore user:ranking:2016_03_15 mike

zrank user:ranking:2016_03_15 mike