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📚本系列文章为个人学习笔记,在这里撰写成文一为巩固知识,二为展示我的学习过程及理解。文笔、排版拙劣,望见谅。
Zset 有序集合
- 前言
- 一、普通命令
- 1.ZADD
- 2.ZCARD
- 3.ZCOUNT
- 4.ZRANGE
- 5.ZREVRANGE
- 6.ZRANGEBYSCORE
- 7.ZPOPMAX
- 8.BZPOPMAX
- 9.ZPOPMIN
- 10.BZPOPMIN
- 11.ZRANK
- 12.ZREVRANK
- 13.ZSCORE
- 14.ZREM
- 15.ZREMRANGEBYRANK
- 16.ZREMRANGEBYSCORE
- 17.ZINCRBY
- 二、集合间操作
- 1.有序集合的并集操作
- 2.ZUNIONSTORE
- 3.有序集合的交集操作
- 4.ZINTERSTORE
- 三、命令小结
- 四、内部编码
- 五、使用场景
- 1.添加用户点赞
- 2.取消用户赞数
- 3.展示获取赞数最多的 10 个用户
- 4.展示用户信息以及用户分数
前言
Zset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set集合不能有重复成员的特点,但与set集合不同的是,Zset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Zset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。如图所示,该有序集合显示了三国中的武将的武力。(这里的有序指升序/降序)(排序规则按照一定的分数)
-
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(唯一的),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。
列表、集合、有序集合三者的异同点:
一、普通命令
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。(仅在member成员已存在时才更新分数。)
-
NX:仅用于添加新元素,不会更新已经存在的元素。(仅在member成员不存在时才添加)
-
LT:表示只有当member成员 当前的分数 小于 新分数时,才会更新分数。
换句话说,只有在新的分数大于现有分数时,才会进行更新,否则不会对该成员进行任何修改。 -
GT:表示只有当member成员 当前的分数 大于 新分数时,才会更新分数。
换句话说,只由在新的分数小于现有分数时,才会进行更新,否则不会对该成员进行任何修改。 -
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:
ZADD key [NX | XX] [GT | LT] [CH] [INCR] score member [score member...]
- 添加元素的时候,既要添加 score 也要添加 member ,score和member称为是一个“pair”
- 不要把 score 和 member 理解成“键值对”(key-value pair)
- 对于有序集合来说,既可以通过 score 找到对应的 member ,也能通过 member 找到对应的 score
- 命令有效版本:1.2.0 之后
- 时间复杂度:O(log(N)) n是有序集合中已经有的元素个数,要求新增的元素,要放到合适的位置上(之所以log(N) 不是 N ,也是充分利用了有序这样的特点,当然zset 内部的数据结构,主要是调表)
- 返回值:本次添加成功的元素个数。
- 示例:
#分数如果相同的话,按照元素自身字符串的字典来排序
#zset有序集合内部 元素是按照升序来排列的127.0.0.1:6379> FLUSHALL
OK
127.0.0.1:6379> ZADD key 99 吕布 98 赵云 96 典韦 95 关羽
(integer) 4
#zrange 查看有序集合中元素的详情
#类似于 lrange 可以指定一对下标构成的区间
#有序集合,本身元素就有先后顺序的,因此就可以给这个有序集合赋予下标这样的概念
127.0.0.1:6379> ZRANGE key 0 -1
1) "\xe5\x85\xb3\xe7\xbe\xbd"
2) "\xe5\x85\xb8\xe9\x9f\xa6"
3) "\xe8\xb5\xb5\xe4\xba\x91"
4) "\xe5\x90\x95\xe5\xb8\x83"
# redis内部在存储数据的时候,是按照二进制方式进行存储的,这就意味着redis服务器不负责“字符编码”的
#要把二进制数据转化为 汉字,还需要客户端来进行支持~~
#redis-cli --raw 这样的命令进行处理
#ctrl + c 退出redis客户端
root@iZ2ze1wowvpkkp7wnart6oZ:~# redis-cli --raw
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1
关羽
典韦
赵云
吕布
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
关羽
95
典韦
96
赵云
98
吕布
99
127.0.0.1:6379> zadd key 97 赵云
0
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1
关羽
典韦
赵云
吕布
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
关羽
95
典韦
96
赵云
97
吕布
99
127.0.0.1:6379> zadd key 10 吕布
0
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
关羽
95
典韦
96
赵云
97
- nx xx 的使用
127.0.0.1:6379> zadd key nx 94 张飞
1
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
94
关羽
95
典韦
96
赵云
97
127.0.0.1:6379> zadd key xx 92 张飞
0
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97
2.ZCARD
- 获取⼀个 zset 的基数(cardinality),即 zset 中的元素个数。
- 语法:
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:
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97
127.0.0.1:6379> zcard key
5
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:
ZCOUNT key min max
- 命令有效版本:2.0.0 之后
- 时间复杂度:O(log(N)) 先根据min找到对应的元素,再根据max找到对应的元素。实际上Zset内部,会记录每个元素当前的“排行/次序”。查询到元素,就知道了元素所在的“次序”,就可以直接把 max 对应的元素次序和 min 对应的元素的次序,减去即可!!!(不是遍历) (min 和 max 可以写成浮点数)(在浮点数中,存在两个特殊的数值:inf 无穷大 -inf 负无穷大)
- 返回值:满足条件的元素列表个数。
- 示例:
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97
127.0.0.1:6379> zcount key 95 97
3
#去除95
127.0.0.1:6379> zcount key (95 97
2
#去除95 97
127.0.0.1:6379> zcount key (95 (97
1
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:
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) n指整个有序集合的个数,m为区间的个数
- 返回值:区间内的元素列表。
- 示例:
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97
5.ZREVRANGE
- 返回指定区间里的元素,分数按照降序。(逆序)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:
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:
127.0.0.1:6379> zrevrange key 0 -1 withscores
赵云
97
典韦
96
关羽
95
张飞
92
吕布
10
6.ZRANGEBYSCORE
- 返回分数在 min 和 max 之间的元素(根据分数),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:
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:
127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE key 95 97 withscores
关羽
95
典韦
96
赵云
97
7.ZPOPMAX
- 删除并返回分数最⾼的 count 个元素。
- 语法:
ZPOPMAX key [count]
- 命令有效版本:5.0.0 之后
- 时间复杂度:O(log(N) * M) n有序集合的元素个数,m count 要删除的元素个数
- 返回值:分数和元素列表。
- 示例:
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
张飞
92
关羽
95
典韦
96
赵云
97
127.0.0.1:6379> ZPOPMAX key
赵云
97
127.0.0.1:6379> ZPOPMAX key 2
典韦
96
关羽
95
如果存在多个元素,分数相同,同时为最大值,zpopmax删除的时候,仍然只删除其中一个元素!!!
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
吕布
10
关羽
95
典韦
96
张飞
96
127.0.0.1:6379> zpopmax key
张飞
96
8.BZPOPMAX
- ZPOPMAX 的阻塞版本。
- 咱们这里的“有序集合”也可以视为是一个“优先级队列”,有的时候,也需要一个带有“阻塞功能”的优先级队列
- 阻塞也是在有序集合为空的时候触发的
- 语法:
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:
9.ZPOPMIN
- 删除并返回分数最低的 count 个元素。
- 语法:
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:
127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> zadd key 10 zhangsan 20 lisi 30 wangwu
3
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangsan
10
lisi
20
wangwu
30
127.0.0.1:6379> zpopmin key
zhangsan
10
10.BZPOPMIN
-
ZPOPMIN 的阻塞版本。
-
语法:
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:
11.ZRANK
- 返回指定元素的排名,升序。
- 语法:
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:
127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> zadd key 10 zhangsan 20 lisi 30 wangwu 40 zhaoliu
4
127.0.0.1:6379> zrank key lisi
1
127.0.0.1:6379> zrank key zhaoliu
3
12.ZREVRANK
- 返回指定元素的排名,降序。
- 语法:
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。(下标)
13.ZSCORE
- 返回指定元素的分数。
- 语法:
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:
redis> ZADD myzset 1 "one"
(integer) 1
redis> ZSCORE myzset "one"
"1
14.ZREM
- 删除指定的元素。
- 语法:
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:
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangsan
10
lisi
20
wangwu
30
zhaoliu
40
127.0.0.1:6379> zrem key lisi
1
127.0.0.1:6379> zrange key 0 -1 withscores
zhangsan
10
wangwu
30
zhaoliu
40
15.ZREMRANGEBYRANK
- 按照排序,升序删除指定范围的元素,左闭右闭。
- 语法:
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:
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
"three"
"3"
16.ZREMRANGEBYSCORE
- 按照分数删除指定范围的元素,左闭右闭。
- 语法:
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:
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
"two"
"2"
"three"
"3"
17.ZINCRBY
- 为指定的元素的关联分数添加指定的分数值。
- 语法:
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:
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
"two"
"2"
"one"
"3"
二、集合间操作
1.有序集合的并集操作
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:
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
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
"one"
"5"
"three"
"9"
"two"
"10"
3.有序集合的交集操作
4.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:
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(NK)+O(Mlog(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:
root@iZ2ze1wowvpkkp7wnart6oZ:~# redis-cli --raw
127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> zadd key1 10 zhangsan 20 lisi 30 wangwu
3
127.0.0.1:6379> zadd key2 1 zhangsan 2 lisi 3 zhaoliu
3
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key3 2 key1 key2
2
127.0.0.1:6379> zrange key3 0 -1 withscores
zhangsan
11
lisi
22
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key4 2 key1 key2 weights 2 3
2
127.0.0.1:6379> zrange key4 0 -1 withscores
zhangsan
23
lisi
46
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key5 2 key1 key2 aggregate max
2
127.0.0.1:6379> zrange key5 0 -1 withscores
zhangsan
10
lisi
20
127.0.0.1:6379> ZINTERSTORE key6 2 key1 key2 aggregate min
2
127.0.0.1:6379> zrange key6 0 -1 withscores
zhangsan
1
lisi
2
三、命令小结
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:
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:
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:
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。例如常见网站上的热榜信息,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.添加用户点赞
例如用户 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:
zadd user:ranking:2022-03-15 3 james
之后如果再获得赞,可以使用 zincrby:
zincrby user:ranking:2022-03-15 1 james
2.取消用户赞数
由于各种原因(例如用户注销、用户作弊等)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:2022-03-15 tom
3.展示获取赞数最多的 10 个用户
此功能使⽤ zrevrange 命令实现:
zrevrangebyrank user:ranking:2022-03-15 0 9
4.展示用户信息以及用户分数
次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 来实现。
hgetall user:info:tom
zscore user:ranking:2022-03-15 mike
zrank user:ranking:2022-03-15 mike