Redis中的zset用法详解

一、引言

Redis是一个开源的高性能键值对数据库，它支持多种类型的数据结构，其中之一就是有序集合（zset）。有序集合类似于集合（set），但它为每个元素关联了一个分数（score），使得元素可以按照分数进行排序。这种数据结构在实现排行榜、延时队列等场景中非常有用。

二、zset的基本概念和操作

1、zset的添加和删除

1.1、添加元素

向zset中添加元素可以使用ZADD命令。这个命令允许你将一个或多个元素及其分数添加到有序集合中。

ZADD myzset 1 "one" 2 "two" 3 "three"

上述命令将元素"one"、"two"和"three"及其对应的分数添加到名为myzset的有序集合中。

1.2、删除元素

从zset中删除元素可以使用ZREM命令。

ZREM myzset "two"

上述命令将元素"two"从myzset有序集合中删除。

2、zset的查询

2.1、获取元素分数

可以使用ZSCORE命令获取有序集合中元素的分数。

ZSCORE myzset "one"

上述命令将返回元素"one"的分数。

2.2、获取元素排名

可以使用ZRANK和ZREVRANK命令获取元素的排名，其中ZRANK返回升序排名，而ZREVRANK返回降序排名。

ZRANK myzset "two"
ZREVRANK myzset "two"

上述命令分别返回"two"的升序和降序排名。

3、zset的范围查询

3.1、按排名查询

可以使用ZRANGE和ZREVRANGE命令按排名查询元素。

ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
ZREVRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES

上述命令分别返回myzset中所有元素及其分数，按照升序和降序排列。

3.2、按分数查询

可以使用ZRANGEBYSCORE命令按分数查询元素。

ZRANGEBYSCORE myzset 1 3

上述命令返回myzset中分数在1到3之间的所有元素。

三、zset的应用场景

1、排行榜

假设我们正在开发一个在线游戏，需要实现一个玩家得分排行榜。以下是如何使用Redis的zset来实现这个功能的具体步骤和代码示例。

1.1、添加玩家得分

当玩家完成游戏并获得分数时，我们将他们的得分和用户名添加到zset中。

ZADD game_scores 1000 user1 2000 user2 1500 user3

这里，game_scores是zset的名称，1000、2000和1500是玩家的得分，user1、user2和user3是对应的用户名。

1.2、获取排行榜

要获取排名前三的玩家，我们可以使用ZREVRANGE命令。

ZREVRANGE game_scores 0 2 WITHSCORES

这个命令将返回得分最高的三个玩家及其得分。

2、延时队列

假设我们需要实现一个任务队列，其中任务需要在特定时间后执行。以下是如何使用zset来实现延时队列的具体步骤和代码示例。

2.1、添加任务

当添加一个需要在未来执行的任务时，我们将任务的执行时间和任务ID作为元素和分数添加到zset中。

ZADD delayed_tasks <未来时间戳> task1 <另一个未来时间戳> task2

这里，<未来时间戳>是任务应该执行的时间（以时间戳表示），task1和task2是任务的唯一标识符。

2.2、处理到期任务

定期运行一个脚本来检查是否有任务到期，并执行它们。

ZRANGEBYSCORE delayed_tasks 0 <当前时间戳>

这个命令将返回所有到期的任务（分数小于或等于当前时间戳的任务）。然后，你可以遍历这些任务并执行它们，最后从zset中删除这些任务。

ZREM delayed_tasks task1 task2

3、滑动窗口限流

假设我们需要对一个API接口进行限流，以确保在一分钟内不超过100次请求。以下是如何使用zset来实现滑动窗口限流的具体步骤和代码示例。

3.1、记录请求

每次API被调用时，我们将当前时间戳和请求标识符添加到zset中。

ZADD api_limit:<接口名称> <当前时间戳> <请求标识符>

这里，api_limit:<接口名称>是zset的名称，<当前时间戳>是请求发生的时间，<请求标识符>是每个请求的唯一标识符。

3.2、检查请求频率

在处理请求之前，检查过去一分钟内是否有超过100次请求。

ZCOUNT api_limit:<接口名称> <当前时间戳-60000> <当前时间戳>

这个命令将返回过去一分钟内（60000毫秒）的请求数量。如果这个数量超过了100，那么拒绝当前请求。

3.3、清理旧请求

为了保持zset的大小，定期删除超过时间窗口的请求。

ZREMRANGEBYSCORE api_limit:<接口名称> 0 <当前时间戳-60000>

这个命令将删除所有超过一分钟的请求记录。

以上示例展示了如何使用Redis的zset来实现排行榜、延时队列和滑动窗口限流功能。这些应用场景展示了zset的灵活性和强大的功能。

四、总结

Redis的zset是一个功能强大的有序集合数据结构，它不仅支持元素的添加、删除和查询，还支持范围查询和排名查询，非常适合实现排行榜、延时队列和限流等场景。通过合理使用zset，可以有效地解决许多实际问题。

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参考文章：

• 零基础手把手带你阅读Redis源代码系列-ZSet底层原理详解（跳表SkipList）-阿里云开发者社区
• redis 中Zset(有序集合)介绍 及常用命令(附有示例)_redis zset-CSDN博客