Redis开发与运维. 2.6 有序集合

<b>2.6　有序集合</b>

有序集合相对于哈希、列表、集合来说会有一点点陌生，但既然叫有序集合，那么它和集合必然有着联系，它保留了集合不能有重复成员的特性，但不同的是，有序集合中的元素可以排序。但是它和列表使用索引下标作为排序依据不同的是，它给每个元素设置一个分数（score）作为排序的依据。如图2-24所示，该有序集合包含kris、mike、frank、tim、martin、tom，它们的分数分别是1、91、200、220、250、251，有序集合提供了获取指定分数和元素范围查询、计算成员排名等功能，合理的利用有序集合，能帮助我们在实际开发中解决很多问题。

有序集合中的元素不能重复，但是score可以重复，就和一个班里的同学学号不能重复，但是考试成绩可以相同。

表2-7给出了列表、集合、有序集合三者的异同点。

表2-7　给出了列表、集合和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         有序实现方式         应用场景

列表         是     是     索引下标         时间轴、消息队列等

集合         否     否     无     标签、社交等

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

<b> </b>

<b>2.6.1　命令</b>

本节依旧按照集合内和集合外两个维度对有序集合的命令进行介绍。

1.?集合内

（1）添加成员

zadd key score member [score member ...]

下面操作向有序集合user:ranking添加用户tom和他的分数251:

127.0.0.1:6379&gt; zadd user:ranking 251

tom

(integer) 1

返回结果代表成功添加成员的个数:

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

91 mike 200 frank 220 tim 250 martin

(integer) 5

有关zadd命令有两点需要注意：

redis 3.2为zadd命令添加了nx、xx、ch、incr四个选项：

nx：member必须不存在，才可以设置成功，用于添加。

xx：member必须存在，才可以设置成功，用于更新。

ch：返回此次操作后，有序集合元素和分数发生变化的个数

incr：对score做增加，相当于后面介绍的zincrby。

有序集合相比集合提供了排序字段，但是也产生了代价，zadd的时间复杂度为o(log(n))，sadd的时间复杂度为o(1)。

（2）计算成员个数

zcard key

例如下面操作返回有序集合user:ranking的成员数为5，和集合类型的scard命令一样，zcard的时间复杂度为o(1)。

127.0.0.1:6379&gt; zcard user:ranking

（3）计算某个成员的分数

zscore key member

tom的分数为251，如果成员不存在则返回nil：

127.0.0.1:6379&gt; zscore user:ranking tom

"251"

127.0.0.1:6379&gt; zscore user:ranking test

(nil)

（4）计算成员的排名

zrank key member

zrevrank key member

zrank是从分数从低到高返回排名，zrevrank反之。例如下面操作中，tom在zrank和zrevrank分别排名第5和第0（排名从0开始计算）。

127.0.0.1:6379&gt; zrank user:ranking tom

127.0.0.1:6379&gt; zrevrank user:ranking

(integer) 0

（5）删除成员

zrem key member [member ...]

下面操作将成员mike从有序集合user:ranking中删除。

127.0.0.1:6379&gt; zrem user:ranking mike

返回结果为成功删除的个数。

（6）增加成员的分数

zincrby key increment member

下面操作给tom增加了9分，分数变为了260分：

127.0.0.1:6379&gt; zincrby user:ranking 9

"260"

（7）返回指定排名范围的成员

zrange   

key start end [withscores]

zrevrange key start end [withscores]

有序集合是按照分值排名的，zrange是从低到高返回，zrevrange反之。下面代码返回排名最低的是三个成员，如果加上withscores选项，同时会返回成员的分数：

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）返回指定分数范围的成员

zrangebyscore    key min max [withscores] [limit offset

count]

zrevrangebyscore key max min [withscores]

[limit offset count]

其中zrangebyscore按照分数从低到高返回，zrevrangebyscore反之。例如下面操作从低到高返回200到221分的成员，withscores选项会同时返回每个成员的分数。[limit offset count]选项可以限制输出的起始位置和个数：

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"

同时min和max还支持开区间（小括号）和闭区间（中括号），-inf和+inf分别代表无限小和无限大：

user:ranking (200 +inf withscores

5) "tom"

6) "260"

（9）返回指定分数范围成员个数

zcount key min max

下面操作返回200到221分的成员的个数：

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名的成员：

127.0.0.1:6379&gt; zremrangebyrank

user:ranking 0 2

(integer) 3?

（11）删除指定分数范围的成员

zremrangebyscore key min max

下面操作将250分以上的成员全部删除，返回结果为成功删除的个数：

127.0.0.1:6379&gt; zremrangebyscore

user:ranking (250 +inf

(integer) 2?

2.?集合间的操作

将图2-25的两个有序集合导入到redis中。

图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]

这个命令参数较多，下面分别进行说明：

destination：交集计算结果保存到这个键。

numkeys：需要做交集计算键的个数。

key [key ...]：需要做交集计算的键。

weights weight [weight ...]：每个键的权重，在做交集计算时，每个键中的每个member会将自己分数乘以这个权重，每个键的权重默认是1。

aggregate sum|min|max：计算成员交集后，分值可以按照sum（和）、min（最小值）、max（最大值）做汇总，默认值是sum。

下面操作对user:ranking:1和user:ranking:2做交集，weights和aggregate使用了默认配置，可以看到目标键user:ranking:1_inter_2对分值做了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"

如果想让user:ranking:2的权重变为0.5，并且聚合效果使用max，可以执行如下操作：

user:ranking:2 weights 1 0.5 aggregate max

2) "91"

4) "312.5"

6) "444"

（2）并集

zunionstore destination numkeys key [key

该命令的所有参数和zinterstore是一致的，只不过是做并集计算，例如下面操作是计算user:ranking:1和user:ranking:2的并集，weights和aggregate使用了默认配置，可以看到目标键user:ranking:1_union_2对分值做了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"

至此有序集合的命令基本介绍完了，表2-8是这些命令的时间复杂度，开发人员在使用对应的命令进行开发时，不仅要考虑功能性，还要了解相应的时间复杂度，防止由于使用不当造成应用方效率下降以及redis阻塞。

表2-8　有序集合命令的时间复杂度

命令         时间复杂度

zadd key score member [score member ...]   o(k×log(n))，k是添加成员的个数，n是当前有序集合成员个数

zcard key o(1)

zscore key member o(1)

zrevrank key member      o(log(n))，n是当前有序集合成员个数

zrem key member [member ...]       o(k*log(n))，k是删除成员的个数，n是当前有序集合成员个数

zincrby key increment member       o(log(n))，n是当前有序集合成员个数

zrevrange key start end [withscores]      o(log(n) + k)，k是要获取的成员个数，n是当前有序集合成员个数

zrangebyscore    key min max [withscores]

zrevrangebyscore key max min [withscores]  o(log(n) + k)，k是要获取的成员个数，n是当前有序集合成员个数

zcount      o(log(n))，n是当前有序集合成员个数

zremrangebyrank key start end      o(log(n) + k)，k是要删除的成员个数，n是当前有序集合成员个数

zremrangebyscore key min max      o(log(n) + k)，k是要删除的成员个数，n是当前有序集合成员个数

...] o(n*k)+o(m*log(m))，n是成员数最小的有序集合成员个数，k是有序集合的个数，m是结果集中成员个数

...]         o(n)+o(m*log(m))，n是所有有序集合成员个数和，m是结果集中成员个数

<b>2.6.2　内部编码</b>

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（跳跃表）：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的读写效率会下降。

下面用示例来说明：

1）当元素个数较少且每个元素较小时，内部编码为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）当元素个数超过128个，内部编码变为ziplist：

30 e3 12 e4 ...忽略... 84 e129

(integer) 129

"skiplist"

2.2）当某个元素大于64字节时，内部编码也会变为hashtable：

127.0.0.1:6379&gt; zadd zsetkey 20

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

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

<b>2.6.3　使用场景</b>

有序集合比较典型的使用场景就是排行榜系统。例如视频网站需要对用户上传的视频做排行榜，榜单的维度可能是多个方面的：按照时间、按照播放数量、按照获得的赞数。本节使用赞数这个维度，记录每天用户上传视频的排行榜。主要需要实现以下4个功能。

（1）添加用户赞数

例如用户mike上传了一个视频，并获得了3个赞，可以使用有序集合的zadd和zincrby功能：

zadd user:ranking:2016_03_15 mike 3

如果之后再获得一个赞，可以使用zincrby：

zincrby user:ranking:2016_03_15 mike 1

（2）取消用户赞数

由于各种原因（例如用户注销、用户作弊）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:2016_03_15 mike

（3）展示获取赞数最多的十个用户

此功能使用zrevrange命令实现：

zrevrangebyrank user:ranking:2016_03_15 0 9

（4）展示用户信息以及用户分数

此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两个功能：

hgetall user:info:tom

zscore user:ranking:2016_03_15 mike

zrank user:ranking:2016_03_15 mike