Redis 有序集合

来源:
三产
最后修订:
2017年06月13日 14:48:27
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Redis 有序集合的使用

简介

有序集合是给每个元素设置一个分数(score)作为排序的依据这一概念的集合,其也是不能有重复元素的。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。

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 索引 时间轴、消息队列等
集合 标签、社交关系等
有序结合 分数 排行榜等

命令

集合内

添加成员

ZADD

自1.2.0可用。

时间复杂度:O(M*log(N)), N 是有序集的基数, M 为成功添加的新成员的数量。

语法:ZADD key [NX|XX][CH][INCR] score member [score member …]
说明:

将一个或多个 member 元素及其 score 值加入到有序集 key 当中。

如果某个 member 已经是有序集的成员,那么更新这个 memberscore 值,并通过重新插入这个 member 元素,来保证该 member 在正确的位置上。

score 值可以是整数值或双精度浮点数。

如果 key 不存在,则创建一个空的有序集并执行 ZADD 操作。

key 存在但不是有序集类型时,返回一个错误。

在 Redis 2.4 版本以前, ZADD 每次只能添加一个元素。

Redis 3.0.2 为 ZADD 命令添加了 NX XX CH INCR 四个选项:

  • NXmember 必须不存在,才可以设置成功,用于添加。
  • XXmember 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
返回值:

被成功添加的新成员的数量,不包括那些被更新的、已经存在的成员。

示例:
 coderknock> ZADD ztest 100 java 99 python 80 go 120 kotlin
(integer) 4
# 查看有序集合内所有元素并且按分数排序
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1 WITHSCORES
1) "go"
2) "80"
3) "python"
4) "99"
5) "java"
6) "100"
7) "kotlin"
8) "120"
# 选项填写在 key 后面,位置不能错误
 coderknock> ZADD ztest 100 java 99 python 80 go 120 kotlin CH
(error) ERR syntax error
 coderknock> ZADD CH ztest 100 java 99 python 80 go 120 kotlin
(error) ERR syntax error
# 下面两个语句进行了对比,如果不加 CH 显示的数量不包括更新和已经存在的。
 coderknock>  ZADD ztest CH 100 java 99 python 80 go 121 kotlin
(integer) 1
 coderknock>  ZADD ztest 100 java 99 python 80 go 120 kotlin
(integer) 0

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)。

计算成员个数

ZCARD

自1.2.0可用。

时间复杂度:O(1)。

语法:ZCARD key
说明:

返回有序集 key 的基数。

返回值:

key 存在且是有序集类型时,返回有序集的基数。

key 不存在时,返回 0

示例:
 coderknock> ZCARD ztest
(integer) 4
 coderknock> ZCARD nonKey
(integer) 0

计算某个成员分数

ZSCORE

自1.2.0可用。

时间复杂度:O(1)。

语法:ZSCORE key member
说明:

返回有序集 key 中,成员 memberscore 值。

如果 member 元素不是有序集 key 的成员,或 key 不存在,返回 nil

返回值:

member 成员的 score 值,以字符串形式表示。

如果 member 元素不是有序集 key 的成员,或 key 不存在,返回 nil

示例:
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1 WITHSCORES
1) "go"
2) "80"
3) "python"
4) "99"
5) "java"
6) "100"
7) "kotlin"
8) "120"
 coderknock> ZSCORE ztest java
"100"
# 不存在时返回 nil
 coderknock> ZSCORE ztest ruby
(nil)

计算成员的排名

ZRANK

自2.0.0可用。

时间复杂度:O(log(N))。

语法:ZRANK key member
说明:

返回有序集 key 中成员 member 的排名。其中有序集成员按 score 值递增(从小到大)顺序排列。

排名以 0 为底,也就是说, score 值最小的成员排名为 0

使用 ZREVRANK 命令可以获得成员按 score 值递减(从大到小)排列的排名。

返回值:

如果 member 是有序集 key 的成员,返回 member 的排名。

如果 member 不是有序集 key 的成员,返回 nil

示例:
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1 WITHSCORES
1) "go"
2) "80"
3) "python"
4) "99"
5) "java"
6) "100"
7) "kotlin"
8) "120"
# 没有 WITHSCORES 选项的话则不显示分数
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1
1) "go"
2) "python"
3) "java"
4) "kotlin"
 coderknock> ZRANK ztest java
(integer) 2 # 排名从 0 开始
 coderknock> ZRANK ztest ruby
(nil)

ZREVRANK

自2.0.0可用。

时间复杂度:O(log(N))。

语法:ZREVRANK key member
说明:

返回member存储在排序集中的排名key,其中从高到低排列。排名(或索引)为0,这意味着具有最高分数的成员具有排名0

使用 ZRANK 获得从低到高排列的分数的元素的排名。

返回值:

如果 member存在于排序集中,则 整数回复 :排名member

如果 member 排序集中key不存在或不存在,则 批量字符串回复nil

示例:
 coderknock> ZREVRANGE ztest 0 -1 WITHSCORES
1) "kotlin"
2) "120"
3) "java"
4) "100"
5) "python"
6) "99"
7) "go"
8) "80"
# 没有 WITHSCORES 选项的话则不显示分数
 coderknock>  ZREVRANGE ztest 0 -1
1) "kotlin"
2) "java"
3) "python"
4) "go"
 coderknock> ZREVRANK ztest java
(integer) 1  # 排名从 0 开始

删除成员

ZREM

自1.2.0可用。

时间复杂度:O(M*log(N)), N 为有序集的基数, M 为被成功移除的成员的数量。

语法:ZREM key member [member …]
说明:

移除有序集 key 中的一个或多个成员,不存在的成员将被忽略。

key 存在但不是有序集类型时,返回一个错误。

在 Redis 2.4 版本以前, ZREM 每次只能删除一个元素。

返回值:

被成功移除的成员的数量,不包括被忽略的成员。

示例:
 coderknock> ZREVRANK ztest java
(integer) 1
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1
1) "go"
2) "python"
3) "java"
4) "kotlin"
 coderknock> ZREM ztest python
(integer) 1
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1
1) "go"
2) "java"
3) "kotlin"
 coderknock> ZREM ztest java ruby python go
(integer) 2

增加成员的分数

ZINCRBY

自1.2.0可用。

时间复杂度:O(log(N))。

语法:ZINCRBY key increment member
说明:

为有序集 key 的成员 memberscore 值加上增量 increment

可以通过传递一个负数值 increment ,让 score 减去相应的值,比如 ZINCRBY key -5 member ,就是让 memberscore 值减去 5

key 不存在,或 member 不是 key 的成员时, ZINCRBY key increment member 等同于 ZADD key increment member

key 不是有序集类型时,返回一个错误。

score 值可以是整数值或双精度浮点数。

返回值:

member 成员的新 score 值,以字符串形式表示。

示例:
 coderknock> ZSCORE ztest java
"100"
 coderknock> ZINCRBY ztest 2 java
"102"
 coderknock> ZSCORE ztest java
"102"

返回指定排名范围的成员

ZRANGE

自1.2.0可用。

时间复杂度:O(log(N)+M), N 为有序集的基数,而 M 为结果集的基数。

语法:ZRANGE key start stop [WITHSCORES]
说明:

返回有序集 key 中,指定区间内的成员。

其中成员的位置按 score 值递增(从小到大)来排序。

具有相同 score 值的成员按字典序( lexicographical order )来排列。

如果你需要成员按 score 值递减(从大到小)来排列,请使用 ZREVRANGE 命令。

下标参数 startstop 都以 0 为底,也就是说,以 0 表示有序集第一个成员,以 1 表示有序集第二个成员,以此类推。

你也可以使用负数下标,以 -1 表示最后一个成员, -2 表示倒数第二个成员,以此类推。

超出范围的下标并不会引起错误。

比如说,当 start 的值比有序集的最大下标还要大,或是 start > stop 时, ZRANGE 命令只是简单地返回一个空列表。

另一方面,假如 stop 参数的值比有序集的最大下标还要大,那么 Redis 将 stop 当作最大下标来处理。

可以通过使用 WITHSCORES 选项,来让成员和它的 score 值一并返回,返回列表以 value1,score1, ..., valueN,scoreN 的格式表示。

客户端库可能会返回一些更复杂的数据类型,比如数组、元组等。

返回值:

指定区间内,带有 score 值(可选)的有序集成员的列表。

示例:
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1
1) "go"
2) "python"
3) "java"
4) "kotlin"
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1 WITHSCORES
1) "go"
2) "80"
3) "python"
4) "99"
5) "java"
6) "102"
7) "kotlin"
8) "120"
# start > stop 则返回空集合
 coderknock> ZRANGE ztest 3 2 WITHSCORES
(empty list or set)
 coderknock> ZRANGE ztest 2 5 WITHSCORES
1) "java"
2) "102"
3) "kotlin"
4) "120"
# stop > 总长度
 coderknock> ZRANGE ztest 2 1000 WITHSCORES
1) "java"
2) "102"
3) "kotlin"
4) "120"

ZRANGE

自1.2.0可用。

时间复杂度:O(log(N)+M), N 为有序集的基数,而 M 为结果集的基数。

语法:ZRANGE key start stop [WITHSCORES]
说明:

返回有序集 key 中,指定区间内的成员。

其中成员的位置按 score 值递减(从大到小)来排列。

具有相同 score 值的成员按字典序的逆序( reverse lexicographical order )排列。

除了成员按 score 值递减的次序排列这一点外, ZREVRANGE 命令的其他方面和 ZRANGE 命令一样。

返回值:

指定区间内,带有 score 值(可选)的有序集成员的列表。

示例:
 coderknock> ZREVRANGE ztest 0 -1
1) "kotlin"
2) "java"
3) "python"
4) "go"
 coderknock> ZREVRANGE ztest 0 -1 WITHSCORES
1) "kotlin"
2) "120"
3) "java"
4) "102"
5) "python"
6) "99"
7) "go"
8) "80"

返回指定分数范围的成员

ZRANGEBYSCORE

自1.0.5可用。

时间复杂度:O(log(N)+M), N 为有序集的基数, M 为被结果集的基数。

语法:ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES][LIMIT offset count]
说明:

返回有序集 key 中,所有 score 值介于 minmax 之间(包括等于 minmax )的成员。有序集成员按 score 值递增(从小到大)次序排列。

具有相同 score 值的成员按字典序( lexicographical order )来排列(该属性是有序集提供的,不需要额外的计算)。

可选的 LIMIT 参数指定返回结果的数量及区间(就像SQL中的 SELECT LIMIT offset, count ),注意当 offset 很大时,定位 offset 的操作可能需要遍历整个有序集,此过程最坏复杂度为 O(N) 时间。

可选的 WITHSCORES 参数决定结果集是单单返回有序集的成员,还是将有序集成员及其 score 值一起返回。

该选项自 Redis 2.0 版本起可用。

区间及无限

minmax 可以是 -inf+inf ,这样一来,你就可以在不知道有序集的最低和最高 score 值的情况下,使用 ZRANGEBYSCORE 这类命令。

默认情况下,区间的取值使用 闭区间 (小于等于或大于等于),你也可以通过给参数前增加 ( 符号来使用可选的 开区间 (小于或大于)。

举个例子:

ZRANGEBYSCORE zset (1 5

返回所有符合条件 1 < score <= 5 的成员,而

ZRANGEBYSCORE zset (5 (10

则返回所有符合条件 5 < score < 10 的成员。

返回值:

指定区间内,带有 score 值(可选)的有序集成员的列表。

示例:
 coderknock> ZRANGEBYSCORE ztest 80 100 WITHSCORES
1) "go"
2) "80"
3) "python"
4) "99"
# 开区间用法
 coderknock> ZRANGEBYSCORE ztest (80 100 WITHSCORES
1) "python"
2) "99"
# 查询所有
 coderknock> ZRANGEBYSCORE ztest -inf +inf WITHSCORES
1) "go"
2) "80"
3) "python"
4) "99"
5) "java"
6) "102"
7) "kotlin"
8) "120"
 coderknock> ZRANGEBYSCORE ztest -inf +inf WITHSCORES LIMIT 1 2
1) "python"
2) "99"
3) "java"
4) "102"

ZREVRANGEBYSCORE

自1.0.5可用。

时间复杂度:O(log(N)+M), N 为有序集的基数, M 为被结果集的基数。

语法:ZREVRANGEBYSCORE key max min [WITHSCORES][LIMIT offset count]
说明:

返回有序集 key 中, score 值介于 maxmin 之间(默认包括等于 maxmin )的所有的成员。有序集成员按 score 值递减(从大到小)的次序排列。

具有相同 score 值的成员按字典序的逆序( reverse lexicographical order )排列。

除了成员按 score 值递减的次序排列这一点外, ZREVRANGEBYSCORE 命令的其他方面和 ZRANGEBYSCORE 命令一样。

返回值:

指定区间内,带有 score 值(可选)的有序集成员的列表。

示例:
# max min 参数位置也有区别
 coderknock> ZREVRANGEBYSCORE ztest -inf +inf WITHSCORES LIMIT 1 2
(empty list or set)
 coderknock>  ZREVRANGEBYSCORE ztest +inf -inf WITHSCORES LIMIT 1 2
1) "java"
2) "102"
3) "python"
4) "99"

返回指定分数范围成员个数

ZCOUNT

自2.0.0可用。

时间复杂度:O(log(N)), N 为有序集的基数。

语法:ZCOUNT key min max
说明:

返回有序集 key 中, score 值在 minmax 之间(默认包括 score 值等于 minmax )的成员的数量。

关于参数 minmax 的详细使用方法,请参考 ZRANGEBYSCORE 命令。

返回值:

score 值在 minmax 之间的成员的数量。

示例:
 coderknock> ZCOUNT ztest -inf +inf
(integer) 4
 coderknock> ZCOUNT ztest 80 100
(integer) 2

删除指定排名内的升序元素

ZREMRANGEBYRANK

自2.0.0可用。

时间复杂度:O(log(N)+M), N 为有序集的基数,而 M 为被移除成员的数量。

语法:ZREMRANGEBYRANK key start stop
说明:

移除有序集 key 中,指定排名(rank)区间内的所有成员。

区间分别以下标参数 startstop 指出,包含 startstop 在内。

下标参数 startstop 都以 0 为底,也就是说,以 0 表示有序集第一个成员,以 1 表示有序集第二个成员,以此类推。

你也可以使用负数下标,以 -1 表示最后一个成员, -2 表示倒数第二个成员,以此类推。

返回值:

被移除成员的数量。

示例:
# 查询所有
 coderknock> ZRANGEBYSCORE ztest -inf +inf WITHSCORES
1) "go"
2) "80"
3) "python"
4) "99"
5) "java"
6) "102"
7) "kotlin"
8) "120"
 coderknock> ZREMRANGEBYRANK ztest 1 3
(integer) 3
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1
1) "go"

删除指定分数内的成员

ZREMRANGEBYSCORE

自1.2.0可用。

时间复杂度:O(log(N)+M), N 为有序集的基数,而 M 为被移除成员的数量。

语法:ZREMRANGEBYSCORE key min max
说明:

移除有序集 key 中,所有 score 值介于 minmax 之间(包括等于 minmax )的成员。

自版本2.1.6开始, score 值等于 minmax 的成员也可以不包括在内,详情请参见 ZRANGEBYSCORE 命令。

返回值:

被移除成员的数量。

示例:
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1 WITHSCORES
1) "go"
2) "80"
3) "python"
4) "99"
5) "java"
6) "100"
7) "kotlin"
8) "120"
 coderknock> ZREMRANGEBYSCORE ztest 80 100
(integer) 3
 coderknock> ZRANGE ztest 0 -1 WITHSCORES
1) "kotlin"
2) "120"

集合间操作

并集

ZUNIONSTORE

自2.0.0可用。

时间复杂度:O(N)+O(M log(M)), N 为给定有序集基数的总和, M 为结果集的基数。

语法:ZUNIONSTORE destination numkeys key [key …][WEIGHTS weight [weight …]][AGGREGATE SUM|MIN|MAX]
说明:

计算给定的一个或多个有序集的并集,其中给定 key 的数量必须以 numkeys 参数指定,并将该并集(结果集)储存到 destination

默认情况下,结果集中某个成员的 score 值是所有给定集下该成员 score 值之

WEIGHTS

使用 WEIGHTS 选项,你可以为 每个 给定有序集 分别 指定一个乘法因子(multiplication factor),每个给定有序集的所有成员的 score 值在传递给聚合函数(aggregation function)之前都要先乘以该有序集的因子。

如果没有指定 WEIGHTS 选项,乘法因子默认设置为 1

AGGREGATE

使用 AGGREGATE 选项,你可以指定并集的结果集的聚合方式。

默认使用的参数 SUM ,可以将所有集合中某个成员的 score 值之 作为结果集中该成员的 score 值;使用参数 MIN ,可以将所有集合中某个成员的 最小 score 值作为结果集中该成员的 score 值;而参数 MAX 则是将所有集合中某个成员的 最大 score 值作为结果集中该成员的 score 值。

返回值:

保存到 destination 的结果集的基数。

示例:
 coderknock> ZRANGE setTest 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "1"
3) "two"
4) "2"
5) "three"
6) "3"
 coderknock> ZRANGE setTest2 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "1"
3) "two"
4) "2"
5) "three"
6) "3"
7) "four"
8) "4"
 coderknock> ZUNIONSTORE outTest 2 setTest setTest2 WEIGHTS 2 3
(integer) 4
 coderknock> ZRANGE outTest 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "5"
3) "two"
4) "10"
5) "four"
6) "12"
7) "three"
8) "15"

交集

ZINTERSTORE

自1.0.0可用。

时间复杂度:O(1)。

语法:ZINTERSTOREdestination numkeys key [key …][WEIGHTS weight [weight …]][AGGREGATE SUM|MIN|MAX]**
说明:

计算给定的一个或多个有序集的交集,其中给定 key 的数量必须以 numkeys 参数指定,并将该交集(结果集)储存到 destination

默认情况下,结果集中某个成员的 score 值是所有给定集下该成员 score 值之和.

关于 `WEIGHTS` 和 `AGGREGATE` 选项的描述,参见  `ZUNIONSTORE`  命令。
返回值:

保存到 destination 的结果集的基数。

示例:
 coderknock> ZRANGE setTest 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "1"
3) "two"
4) "2"
5) "three"
6) "3"
 coderknock> ZRANGE setTest2 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "1"
3) "two"
4) "2"
5) "three"
6) "3"
7) "four"
8) "4"
 coderknock> ZINTERSTORE zinterstoreTest 2 setTest setTest2
(integer) 3
 coderknock> ZRANGE zinterstoreTest 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "2"
3) "two"
4) "4"
5) "three"
6) "6"

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。

  • 当元素个数较少且每个元素较小时,内部编码为skiplist:

 coderknock> ZRANGE zinterstoreTest 0 -1 WITHSCORES
1) "one"
2) "2"
3) "two"
4) "4"
5) "three"
6) "6"
 coderknock> OBJECT ENCODING zinterstoreTest
"ziplist"
  1. 当元素个数超过128个,内部编码变为ziplist:
import redis

r = redis.StrictRedis(host='127.0.0.1', password='admin123', port=6379, db=0)
num = 128
key = "ZSETTest" + str(num)
r.delete(key)
for i in range(num):
    r.zadd(key, i,i)

# 可以使用这个命令查询内部编码
print(key)
print(r.zcard(key))
print(r.object("ENCODING", key))

当 num = 128 时:

ZSETTest128
128
b'ziplist'

当 num = 129 时:

ZSETTest129
129
b'skiplist'
  1. 当某个元素大于64字节时,内部编码也会变为 skiplist :
 coderknock> ZADD lg64 20 aaaassssddddffffgggghhhhkj=jjjkkkklllllsdfasdlkfcsdkcaneyuirhworitsuhdiouoooooofovutivhwoeirrthsoiuyqrbwiveyrvisuyrsui
(integer) 1
 coderknock> OBJECT ENCODING lg64
"skiplist"

使用场景

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2017-06-13 14:51:09
三产
之后会有专题来实现对应的使用场景