2024.1.6 关于 Redis 数据类型 Zset 常用命令

目录

Zset 基本概念

Zset 命令操作 

ZADD

ZRANGE

ZREVRANGE

ZCARD

ZCOUNT

ZRANGEBYSCORE

ZPOPMAX

BZPOPMAX 

ZPOPMIN

BZPOPMIN

ZRANK

ZREVRANK

ZSCORE

ZREM

ZREMRANGEBYRANK

ZREMRANGEBYSCORE

ZINCRBY

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Zset 基本概念

• Set（集合）

1. 元素具有唯一性
2. 元素顺序无关紧要

实例理解

• Set 类型 [1，2，3] 和 [2，1，3] 为同一个集合

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• List （列表）

1. 元素具有唯一性
2. 元素具有有序性，强调元素顺序十分重要

实例理解

• List 类型 [1，2，3] 和 [2，1，3] 为两个不同的列表

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• Zset（有序集合）

1. 元素具有唯一性
2. 元素具有有序性，强调的是 升序 或 降序

排序规则

• Zset 中的 member 引入了 分数（score）浮点类型，形如（member - score）
• 即每个 member 都会安排一个分数（score），并按照各自 score 的大小进行 升序排序
• 我们通常将（member - score）称为一个 pair

实例理解

注意：

• Zset 中的 元素（member） 具有唯一性，但 分数（score）可重复
• Zset 的主要作用为存储 元素（member）
• 即分数（score）仅作为 元素（member）在 有序集合 Zset 中排序位次的参考依据

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表格总结

数据结构	是否允许重复元素	是否有序	有序依据	应用场景
列表	是	是	索引下标	时间轴、消息队列
集合	否	否		标签、社交
有序集合	否	是	分数	排行榜系统

Zset 命令操作 

ZADD

• 用于 向 zset 中添加 元素（member）和 分数（score）

注意：

• 不要把 member 和 score 理解成 "键值对" ，即（key - value）
• 键值对 具有明确的 角色区分，即 谁是键 谁是值 是已经明确好了的，一定是根据 键（key） 来查到 值（value）
• 而对于有序集合来说，既可以通过 member 找到对应的 score 又可以通过 score 找到相匹配的 member

语法：

zadd key [NX | XX] [GT | LT] [CH] [INCR] score member [score member ...]

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[NX | XX] 

• XX：只更新已存在元素 ，不添加新元素
• NX：只添加新元素，不更新已存在元素

[GT | LT]

• LT：只更新已存在元素，且当 新设置的分数 小于 旧分数 时才会更新，不阻止添加新元素
• GT：表示只更新存在的元素，且当 新设置的分数 大于 旧分数 时才会更新，不阻止添加新元素

[CH]

• 描述了 zadd 命令的返回值
• 默认 zadd 命令返回 新增元素 的个数
• 当添加 CH 选项后，zadd 命令返回 新增元素 + 修改元素 的个数

[INCR]

• 添加该选项，zadd 命令将如同 zincrby 命令
• 添加该选项后，此时的 zadd 命令只能指定一对（element - score）

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时间复杂度：

• 对于添加的每一项来说，其时间复杂度均为 O(logN)
• N 为 有序集合 中的元素个数

注意：

• 由于 zset 采用了 跳表 作为其内部数据结构
• 新增元素时按照元素自身的分数插入到相应位置
• 这样的设计使得在进行插入操作时，充分利用了跳表的有序性
• 因而将时间复杂度优化为 O(logN)  而不是 O(N)

重点理解：

• 如果多个元素具有相同的分数，此时便会按照字典序进行排列
• 当然按分数排列仍让是放在首位的

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ZRANGE

• 用于返回指定区间里的元素，按照分数升序遍历

语法：

zrange key start stop [withscores]

• 类似于 lrange 可以指定一对下标构成的区间，即 [start,stop] 区间
• 添加 withscores 选项，可以在返回时把分数也带上

注意：

• 有序集合 本身元素就是有先后顺序的 谁在前 谁在后，都是很明确的！
• 因此也就可以给这个有序集合赋予 下标 这样的概念了

时间复杂度：

• O(logN + M)
• 先根据 start 下标找到边界元素，再进行遍历操作
• N 为 有序集合 中的元素个数
• M 为下标 start 到 stop 之间的元素个数 

实例理解

• 我们利用 zrange 命令，来结合理解 zadd 命令

• 此处我们利用 zadd 命令向有序集合中添加若干 pair

• Redis 内部存储数据时，是按照二进制的方式来进行存储的
• 这就意味着 Redis 服务器并不负责 字符的编码 
• 所以要把二进制字节对应回汉字，需利用客户端来提供支持
• 我们在启动 Redis 客户端时，添加上后缀 "--raw" 即可

• 此处我们利用 zadd 命令来修改指定 元素 的 分数

• 修改完分数后，还需对该元素进行重新排序，以此来维持 有序序列 的 升序顺序

• 关于 zadd 命令选项 [NX | XX] 

• 关于 zadd 命令选项 [CH]

• 关于 zadd 命令选项 [INCR]

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ZREVRANGE

• 用于返回指定区间里的元素，按照分数降序进行遍历
• reverse ——> 逆序

语法：

zrevrange key start stop [withscores]

时间复杂度：

• O(logN + M)
• N 为 有序集合 中的元素个数
• M 为下标 start 到 stop 之间的元素个数 

实例理解

• 此处的区间，两个参数的顺序是无需变换！

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ZCARD

• 用于获取指定 zset 的元素个数

语法：

zcard key

时间复杂度：

• O(1)

返回值：

• 指定 zset 中的元素个数

实例理解

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ZCOUNT

• 用于 返回分数在 min 和 max 之间的元素个数

 语法：

zcount key min max 

• 默认为 闭区间，即 [min,max]
• 如果想排除边界值，可以加上括号 "("

补充：

• min 和 max 可以写成 浮点数，因为 zset 的分数（score）本身就是浮点数 
• 在浮点数中存在两个特殊的数值

1. inf：无穷大（+∞）
2. -inf：负无穷大（-∞）

• zcount 中分数也是支持使用 inf 和 -inf 作为 max 和 min 的！

注意：

• 此处的 负无穷大 不是指的无穷小！
• 无穷小是无限趋近于 0 的数值，而 负无穷大 的绝对值 等于 无穷大

时间复杂度：

• O(logN)

返回值：

• 满足条件的元素个数

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重点理解：

• zcount 指定 分数区间 [min,max]
• 先根据 min 找到对应的元素，再根据 max 找到对应的元素，时间复杂度为 O(logN)

问题：

• 如果再进行一个遍历，是不是就知道 [min,max] 区间里的元素个数了呢？
• 那么此时的时间复杂度将为 O(M + logN)
• 其中 M 为区间中元素个数，N 为整个有序集合的元素个数

回答：

• 实际上 zset 内部会记录每个元素当前的 次序
• 查询到元素，便可以直接知道该元素所在的次序
• 直接利用 max 对应的元素次序 和 min 对应的元素次序 相减 再 +1
• 由此我们便可以 O(1) 的代价知道 min 和 max 之间的元素个数
• 并非是通过遍历的方式！！
• 所以此处 zcount 命令的时间复杂度为 O(logN)

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实例理解

注意：

• 此处 排除边界值 的表示比较奇葩，需重点注意！

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ZRANGEBYSCORE

• 用来 返回指定分数区间里的元素
• 与 zcount 命令相似，只不过 zcount 返回的是 指定分数区间的元素个数

zrangebyscore key min max [withscores]

时间复杂度：

• O（M + logN）
• N 为 有序集合 中的元素个数
• M 为分数 min 到 max 之间的元素个数 

实例理解

注意：

• 该命令在 6.2.0 之后废弃，且该命令功能被合并到 zrange 命令中

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ZPOPMAX

• 用于 删除并返回分数最高的 count 个元素

语法：

zpopmax key [count]

时间复杂度：

• O(M * logN)
• N 为 有序集合 中的元素个数
• M 为 count 值，即要删除的元素个数

返回值：

• 被删除的元素（包括 member 和 score）

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重点理解：

• zpopmax 命令删除的是有序集合的最大值，其最大值就相当于末尾元素，也就相当于 尾删

问题一：

• 既然是尾删，为什么不把末尾元素的特殊位置给记录下来？
• 后续如果需要删除的话，其时间复杂度不就可以为 O(1) 了嘛？还省去了查找的过程！
• O(logN) ——> O(1)

回答：

• 这个事是有可能的！
• 但是很遗憾，Redis 并没有这么做
• 事实上，Redis 的源码中，针对有序集合，确实是记录了 尾部 这样的特殊位置
• 但是实际删除的时候，并没有用到这个特性，而是直接调用了一个 通用的删除函数，即给定一个 member 的值，进行查找到位置之后再删除
• 此处我认为是存在优化空间的！

问题二：

• 虽然存在这样的优化空间，但是未来会真的优化吗？

回答：

• 也不好说
• 优化这种活，要优化到刀刃上！
• 优化一般是要先找到性能瓶颈，再针对性能优化！
• 因为当前的这个 O(logN) 的速度其实是不慢的！
• 如果 N 不是非常夸张的大，基本是可以近似看作O(1)的

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实例理解

• 此处类似于 top K 问题

• 如果存在多个元素分数相同，且同时为最大元素时，zpopmax 命令仍然只删除其中的一个元素！
• 虽然分数是主要因素，但如果分数相同仍会按照 member 字符串的字典序决定先后！

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BZPOPMAX 

• ZPOPMAX 命令的阻塞版本

注意：

• blist 和 brpop 这两个命令是针对 List ，实现类似于阻塞队列的效果
• 咱们这里的 有序集合 也可以视为是一个优先级队列 
• 有时候 也需要一个带有 阻塞功能 的优先级队列

语法：

bzpopmax key [key ...] timeout 

• 每个 key 均对应一个 有序集合
• 阻塞也是在 有序集合 为空的时候触发阻塞，阻塞到有其他客户端插入元素 为止
• timeout 代表超时时间，即最多阻塞多久，单位为 秒 且支持小数形式

时间复杂度：

• O(logN)

返回值：

• 被删除的元素（包括 member 和 score）

问题：

• 如果当前 bzpopmax 命令同时监听了多个 key，假设 key 是 M 个
• 此时 时间复杂度是 O(M * logN) 吗？

回答：

• 不是！
• 啥时候才需要 * M ？
• 即每个这样的 key 上面都删除一次最大元素！
• 而 当 zpopmax 命令同时监听多个 key 时，哪个 key 对应的有序集合最快插入元素，便删除该 key 对应有序集合的最大值！ 

实例理解

• 当然 如果有序集合中已经有了元素，直接就能返回！不会进行阻塞了！

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ZPOPMIN

• 用于 删除并返回分数最低的 count 个 元素

语法：

zpopmin key [count]

时间复杂度：

• O(M * logN)
• N 为 有序集合 中的元素个数
• M 为 count 值，即要删除的元素个数

返回值：

• 被删除的元素（包括 member 和 score）

注意：

• zpopmin 和 zpopmax 命令的逻辑是一致的，即均由同一个函数实现

• 虽然 Redis 的有序集合记录了开头的位置，但是删除的时候使用的是通用的删除函数

  导致出现了重新查找的过程

返回值：

• 被删除的元素（包括 member 和 score）

实例理解

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BZPOPMIN

• ZPOPMIN 命令的阻塞版本

语法：

bzpopmin key [key ...] timeout

• 用法和 bzpopmax 命令一样

时间复杂度：

• O(logN)

返回值：

• 被删除的元素（包括 member 和 score）

实例理解

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ZRANK

• 用于返回指定元素的下标，升序

注意：

• zrank 命令得到的下标是从前往后算的，即升序

语法：

zrank key member

时间复杂度：

• O(logN)
• 最主要是有一个查询位置的过程

返回值：

• 元素（member） 对应的下标

实例理解

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ZREVRANK

• 用于返回指定元素的下标，降序
• rev ——> reverse

注意：

• zrevrank 命令得到的下标是从后往钱算的，即降序

语法：

zrevrank key member

时间复杂度：

• O(logN)

返回值：

• 元素（member） 对应的下标

实例理解

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ZSCORE

• 用于查询指定元素的分数

语法：

zscore key member

时间复杂度：

• O(1)

重点理解：

• 上述介绍的命令，根据 member 查找元素，其时间复杂度均为 O(logN)
• 但是此处 Redis 对 zscore 命令这样的查询操作做了特殊优化
• 即付出额外的空间代价，但将时间复杂度优化到了 O(1)

返回值：

• 指定元素所对应的分数

实例理解

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ZREM

• 用于 删除指定的元素

语法：

zrem key member [member ...]

时间复杂度：

• O(M * logN)
• N 为整个有序集合中元素个数
• M 为 member 的个数
• 因为此处的 member 不会有太多，也可认为是 O(logN)

返回值:

• 本次操作成功删除的元素个数

实例理解

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ZREMRANGEBYRANK

• 用于删除指定下标范围的元素

语法：

zremrangebyrank key start stop

• 使用这个下标描述的范围进行删除，且范围为 [start,stop]

时间复杂度：

• O(M + logN)
• N 为有序集合中的元素个数
• M 为 [start,stop] 区间的元素个数

注意：

• 此处查找位置，只需要进行一次，无需重复进行

返回值：

• 删除成功的元素个数

实例理解

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ZREMRANGEBYSCORE

• 用于删除指定分数范围区间的元素

语法：

zremrangebyscore key min max

• 使用这个分数描述的范围进行删除，且范围为 [min,max]

时间复杂度：

• O(M + logN)
• N 为有序集合中的元素个数
• M 为 [min,max] 区间中元素个数

返回值：

• 删除成功的元素个数

实例理解

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ZINCRBY

• 用于 为指定元素的关联分数添加指定的分数值

注意：

• zincrby 命令不仅会修改分数内容，也会同时移动元素，来保持整个有序集合仍为升序

语法：

zincrby key increment member

时间复杂度：

• O(logN)

返回值：

• 增加后元素的分数

实例理解