Redis(开发与运维):16---有序集合对象

一、有序集合对象概述

• 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
• 如下图所示，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

• 特点：
  • 和散列一样，都是用于存储键值对，键值不允许重复
  • 与散列的不同：
    • 有序集合中的键被称为“成员”，成员的值成为“分值”，分值必须为浮点数
    • 散列只能通过键访问元素。但是有序集合既可以通过键访问元素，也可以根据分值以及分值的排列顺序来访问元素的结构
• 有序集合的底层实现原理见文章：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/103236246
• 下图列出了列表、集合和有序集合三者的异同点：

二、命令

命令

• zadd：添加成员。返回结果代表成功添加成员的个数
• 有关zadd命令有两点需要注意：
  •  Redis3.2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)

zadd key score member [score member ...]

 

• zcard：计算成员个数。时间复杂度为O(1)

zcard key

 

• zscore：计算某个成员的分数。如果成员不存在则返回nil

zscore key member

 

• zrank、zrevrank：计算成员排名。zrank是从分数从低到高返回排名，zrevrank反之。排名从0开始

zrank key member
zrevrank key member

 

• zrem：删除成员。返回结果为成功删除的个数

zrem key member [member ...]

 

• zincrby：增加成员的分数

zincrby key increment member

 

• zrange、zrevrange：返回指定排名范围的成员
  • 有序集合是按照分值排名的，zrange是从低到高返回，zrevrange反之
  • 如果加上withscores选项，同时会返 回成员的分数

zrange key start end [withscores]
zrevrange key start end [withscores]

• zrangebyscore、zrevrangebyscore：返回指定分数范围的成员
  • 其中zrangebyscore按照分数从低到高返回，zrevrangebyscore反之
  • [limit offset count]选项可以限制输出的起始位置和个数
  • 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

zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count]
zrevrangebyscore key max min [withscores] [limit offset count]

 

• zcount：返回指定分数范围成员个数

zcount key min max

 

• zremrangebyrank：删除指定排名内的升序元素

zremrangebyrank key start end

 

• zremrangebyscore：删除指定分数范围的成员

zremrangebyscore key min max

 

集合间的操作

• 将下图的两个有序集合导入到Redis中：

• zinterstore：交集。参数如下：
  • 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

zinterstore destination numkeys key [key ...] [weights weight [weight ...]]
 [aggregate sum|min|max]

• 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：

•  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：

• zunionstore：并集。该命令的所有参数和zinterstore是一致的，只不过是做并集计算

zunionstore destination numkeys key [key ...] [weights weight [weight ...]]
 [aggregate sum|min|max]

• 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： 

 

• 下图给出了有序集合命令的复杂度：

三、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-ziplistentries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

演示说明

• 当元素个数较少且每个元素较小时，内部编码为skiplist：

• 当元素个数超过128个，内部编码变为ziplist
• 当某个元素大于64字节时，内部编码也会变为skiplist:

四、应用场景

• 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