Redis - Zset 有序集合
Redis - Zset 有序集合
Redis的Zset（有序集合）数据结构是一个非常实用的功能，它结合了集合的唯一性特性和列表的有序性特性。本文将详细介绍Zset的各个方面，包括其与列表、集合的异同点，各种相关命令及其使用方法，内部编码方式，以及典型应用场景。
前言
Zset保留了集合不能有重复成员的特点，但与集合不同的是，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，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。
有序集合中的元素是不能重复的，但分数允许重复。类比于一次考试之后，每个人的学号不同，但分数可以相同。
列表、集合、有序集合三者的异同点
列表（List）、集合（Set）和有序集合（Zset）是Redis中三种不同的数据结构，它们各自具有独特的特点和适用场景：
- 列表（List）：有序的元素序列，可以添加、删除和获取元素。列表支持在两端进行快速插入和删除操作，适合实现队列和栈等数据结构。
- 集合（Set）：无序的元素集合，元素是唯一的。集合支持快速的成员检查、交集、并集和差集等操作，适合实现去重和关系运算。
- 有序集合（Zset）：结合了集合的唯一性和列表的有序性。每个元素都有一个关联的分数，元素按照分数进行排序。有序集合适合实现排行榜、优先级队列等场景。
命令
ZADD 添加或者更新指定的元素以及关联的分数
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。（当元素不存在则没有效果）
- NX：仅用于添加新元素，不会更新已经存在的元素。（当元素存在则没有效果）
- 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。
在未添加选项的情况下，ZADD 返回的是本次添加成功的元素个数，当元素不存在就创建，存在就更新分数
语法
ZADD key [NX | XX] [GT | LT] [CH] [INCR] score member [score member...]
时间复杂度：O(log(N))
返回值：本次添加成功的元素个数
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。分数按照升序，代表最小的数对应的下标为 0
语法
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]
此处是 [start, stop] 为下标构成的区间. 从 0 开始, 支持负数.
时间复杂度：O(log(N)+M)
返回值：区间内的元素列表
ZREVRANGE 返回指定区间里的元素（分数按照降序）
带上 WITHSCORES 可以把分数也返回。分数按照降序，代表最大的数对应的下标为 0
语法
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]
此处是 [start, stop] 为下标构成的区间. 从 0 开始, 支持负数.
时间复杂度：O(log(N)+M)
返回值：区间内的元素列表
ZRANGEBYSCORE 返回在指定分数范围内的元素
语法
ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES]
返回分数在 min 和 max 之间的元素，默认情况下，min 和 max 都是包含的，可以通过 ( 排除。
时间复杂度：O(log(N)+M)
返回值：区间内的元素列表
ZPOPMAX 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(log(N)*M)
返回值：分数和元素列表
BZPOPMAX 是 ZPOPMAX 的阻塞版本
语法
BZPOPMAX key [key ...] timeout
timeout 代表阻塞的最长时间，单位为秒，可以输入多个 key ，表示监控多个有序队列，当某个有序队列有元素就可以获取
时间复杂度：O(log(N))
返回值：元素列表
当监控的有序队列都没有元素时，那么该命令就会进入阻塞，直到有序队列中添加了元素或达到了最大阻塞时间，才能结束命令
ZPOPMIN 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(log(N)*M)
返回值：分数和元素列表
BZPOPMIN 是 ZPOPMIN 的阻塞版本
语法
BZPOPMIN key [key ...] timeout
timeout 代表阻塞的最长时间，单位为秒，可以输入多个 key ，表示监控多个有序队列，当某个有序队列有元素就可以获取
时间复杂度：O(log(N))
返回值：元素列表
当监控的有序队列都没有元素时，那么该命令就会进入阻塞，直到有序队列中添加了元素或达到了最大阻塞时间，才能结束命令
ZRANK 返回指定元素的排名（升序）
语法
ZRANK key member
时间复杂度：O(log(N))
返回值：排名
ZREVRANK 返回指定元素的排名（降序）
语法
ZREVRANK key member
时间复杂度：O(log(N))
返回值：排名
ZSCORE 返回指定元素的分数
语法
ZSCORE key member
时间复杂度：O(1) （因为开发者觉得该命令会经常使用，所以进行了优化，牺牲了空间来保证时间）
返回值：分数
ZREM 删除指定的元素
语法
ZREM key member [member ...]
时间复杂度：O(M*log(N))
返回值：本次操作删除的元素个数
ZREMRANGEBYRANK 按照排序删除指定范围的元素（升序）
语法
ZREMRANGEBYRANK key start stop
元素范围左闭右闭[ start,stop ]
时间复杂度：O(log(N)+M)
返回值：本次操作删除的元素个数
ZREMRANGEBYSCORE 按照分数删除指定范围的元素（升序）
语法
ZREMRANGEBYSCORE key min max
元素范围左闭右闭[ start,stop ]
时间复杂度：O(log(N)+M)
返回值：本次操作删除的元素个数
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
时间复杂度：O(log(N))
返回值：增加后元素的分数
ZINTERSTORE 求出有序集合中元素的交集并保存进目标有序集合中
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>]
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
- numkeys 是整数，描述了后面有多少个集合参与交集运算（之所以要说明集合个数，是为了避免与后面的选项产生歧义，知道个数以后，就能判断哪里是集合，哪里是选项）（类似粘包问题）
- WEIGHTS 是权重，有序集合带有分数，此处指定的权重，相对于一个系数，会在求交集时，乘以当前的分数
- AGGREGATE 表示求交集时，元素的分数按什么方式选择 （因为不同的集合中，相同的元素都有自己的分数），SUM 表示求和，MIN 表示取最小值，MAX 表示取最大值
例子
不带选项
默认不带选项的情况下，分数是相同元素的分数之和
带 WEIGHTS 权重选项
元素的分数会先乘以权重，再求和
带 AGGREGATE 选项
SUM 选项
和默认情况一样，元素的分数就是各个集合中对应元素的分数之和
MIN 选项
元素的分数就是各个集合中对应元素分数的最小值
MAX 选项
元素的分数就是各个集合中对应元素分数的最大值
ZUNIONSTORE 求出有序集合中元素的并集并保存进目标有序集合中
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>]
ZUNIONSTORE 和 ZINTERSTORE 的选项含义完全一样，只是一个求并集，一个求交集，推荐看上面的 ZINTERSTORE 作为参考
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。
通过 object encoding 可以查看内部编码
使用场景
有序集合比较典型的使用场景就是排行榜系统。例如常见的网站上的热榜信息，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。