Redis有序集合ZSet #

一、有序集合概述 #

1.1 什么是有序集合 #

Redis有序集合是带分数的字符串集合，按分数排序：

有序：按分数从小到大排序
唯一：成员唯一，但分数可以相同
高效：O(log N)时间复杂度的插入、删除、查找

text

有序集合结构：

┌─────────────────────────────────────────────┐
│           Sorted Set（跳表实现）            │
│                                             │
│  成员      分数                             │
│  ┌─────────────────────────────────────┐   │
│  │ "user1"  →  100                     │   │
│  │ "user2"  →  200                     │   │
│  │ "user3"  →  300                     │   │
│  │ "user4"  →  400                     │   │
│  │ "user5"  →  500                     │   │
│  └─────────────────────────────────────┘   │
│                                             │
│  按分数排序，支持范围查询                    │
└─────────────────────────────────────────────┘

最大成员数：2^32 - 1（约40亿）

1.2 有序集合编码 #

text

Redis有序集合的编码方式：

1. listpack（压缩列表）
   ┌─────────────────────────────────────────────┐
   │ 元素数量少时使用                            │
   │ 条件：元素数<128，单元素<64字节             │
   │ 内存连续，节省空间                          │
   └─────────────────────────────────────────────┘

2. skiplist + hashtable（跳表 + 哈希表）
   ┌─────────────────────────────────────────────┐
   │ 元素数量多时使用                            │
   │ 跳表：支持范围查询，O(log N)                │
   │ 哈希表：支持O(1)查找成员分数                │
   └─────────────────────────────────────────────┘

跳表结构：
┌─────────────────────────────────────────────┐
│ Level 3:    Head ─────────────────→ Tail   │
│ Level 2:    Head ──────→ Node ────→ Tail   │
│ Level 1:    Head → Node → Node → Node → Tail│
│ Level 0:    Head → Node → Node → Node → Tail│
└─────────────────────────────────────────────┘

二、基本操作 #

2.1 添加成员 #

bash

# ZADD: 添加成员
ZADD leaderboard 100 user1
# (integer) 1  新增成员数

# 添加多个成员
ZADD leaderboard 200 user2 300 user3 400 user4
# (integer) 3

# 更新已有成员的分数
ZADD leaderboard 150 user1
# (integer) 0  更新不计数

# ZADD选项（Redis 3.0.2+）
# XX: 只更新已存在的成员
ZADD leaderboard XX 500 user5
# (integer) 0  user5不存在，不添加

# NX: 只添加新成员
ZADD leaderboard NX 500 user1
# (integer) 0  user1已存在，不更新

# CH: 返回变化的成员数（包括更新）
ZADD leaderboard CH 160 user1
# (integer) 1

# INCR: 增加分数（相当于ZINCRBY）
ZADD leaderboard INCR 10 user1
# "170"

2.2 获取成员信息 #

bash

# ZSCORE: 获取成员分数
ZSCORE leaderboard user1
# "170"

ZSCORE leaderboard notexist
# (nil)

# ZRANK: 获取成员排名（从0开始，升序）
ZRANK leaderboard user1
# (integer) 0  第1名

# ZREVRANK: 获取成员排名（降序）
ZREVRANK leaderboard user1
# (integer) 3  倒数第4名

# ZCARD: 获取成员数量
ZCARD leaderboard
# (integer) 4

2.3 获取范围成员 #

bash

# 准备数据
ZADD leaderboard 100 user1 200 user2 300 user3 400 user4 500 user5

# ZRANGE: 获取指定排名范围的成员（升序）
ZRANGE leaderboard 0 2
# 1) "user1"
# 2) "user2"
# 3) "user3"

# 获取所有成员
ZRANGE leaderboard 0 -1
# 1) "user1"
# 2) "user2"
# 3) "user3"
# 4) "user4"
# 5) "user5"

# 带分数
ZRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES
# 1) "user1"
# 2) "100"
# 3) "user2"
# 4) "200"
# 5) "user3"
# 6) "300"

# ZREVRANGE: 获取指定排名范围的成员（降序）
ZREVRANGE leaderboard 0 2
# 1) "user5"
# 2) "user4"
# 3) "user3"

# ZREVRANGE WITHSCORES
ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES
# 1) "user5"
# 2) "500"
# 3) "user4"
# 4) "400"
# 5) "user3"
# 6) "300"

# Redis 6.2+ 新语法
ZRANGE leaderboard 0 -1 REV
ZRANGE leaderboard 0 -1 BYSCORE
ZRANGE leaderboard 0 -1 BYLEX

2.4 获取分数范围成员 #

bash

# ZRANGEBYSCORE: 获取指定分数范围的成员
ZRANGEBYSCORE leaderboard 200 400
# 1) "user2"
# 2) "user3"
# 3) "user4"

# 带分数
ZRANGEBYSCORE leaderboard 200 400 WITHSCORES
# 1) "user2"
# 2) "200"
# 3) "user3"
# 4) "300"
# 5) "user4"
# 6) "400"

# 开区间
ZRANGEBYSCORE leaderboard (200 (400
# 1) "user3"

# 无限范围
ZRANGEBYSCORE leaderboard -inf +inf
# 返回所有成员

ZRANGEBYSCORE leaderboard 300 +inf
# 1) "user3"
# 2) "user4"
# 3) "user5"

# 带LIMIT
ZRANGEBYSCORE leaderboard 0 500 LIMIT 0 2
# 1) "user1"
# 2) "user2"

# ZREVRANGEBYSCORE: 分数范围（降序）
ZREVRANGEBYSCORE leaderboard 400 200
# 1) "user4"
# 2) "user3"
# 3) "user2"

# ZCOUNT: 统计分数范围内的成员数
ZCOUNT leaderboard 200 400
# (integer) 3

2.5 删除成员 #

bash

# ZREM: 删除成员
ZREM leaderboard user1
# (integer) 1

ZREM leaderboard notexist
# (integer) 0

# 删除多个成员
ZREM leaderboard user2 user3
# (integer) 2

# ZREMRANGEBYRANK: 按排名范围删除
ZADD myset 1 a 2 b 3 c 4 d 5 e
ZREMRANGEBYRANK myset 0 1
# (integer) 2  删除排名0和1的成员

# ZREMRANGEBYSCORE: 按分数范围删除
ZADD myset 1 a 2 b 3 c 4 d 5 e
ZREMRANGEBYSCORE myset -inf (3
# (integer) 2  删除分数小于3的成员

# ZREMRANGEBYLEX: 按字典范围删除
ZREMRANGEBYLEX myset [a (c
# 删除字典范围[a, c)的成员

三、分数操作 #

3.1 增减分数 #

bash

# ZINCRBY: 增加分数
ZADD leaderboard 100 user1
ZINCRBY leaderboard 50 user1
# "150"

# 减少分数
ZINCRBY leaderboard -30 user1
# "120"

# 对不存在的成员操作
ZINCRBY leaderboard 100 newuser
# "100"  自动创建

3.2 分数统计 #

bash

# ZSCORE: 获取分数
ZSCORE leaderboard user1
# "120"

# ZCOUNT: 统计分数范围内的成员数
ZCOUNT leaderboard 100 200
# (integer) 3

四、字典序操作 #

4.1 字典序范围 #

bash

# 准备数据（分数相同）
ZADD myset 0 a 0 b 0 c 0 d 0 e 0 f

# ZRANGEBYLEX: 按字典序获取
ZRANGEBYLEX myset - +
# 1) "a"
# 2) "b"
# 3) "c"
# 4) "d"
# 5) "e"
# 6) "f"

# 指定范围
ZRANGEBYLEX myset [a [d
# 1) "a"
# 2) "b"
# 3) "c"
# 4) "d"

# 开区间
ZRANGEBYLEX myset (a (d
# 1) "b"
# 2) "c"

# ZREVRANGEBYLEX: 字典序（降序）
ZREVRANGEBYLEX myset + -
# 1) "f"
# 2) "e"
# 3) "d"
# 4) "c"
# 5) "b"
# 6) "a"

# ZLEXCOUNT: 统计字典序范围内的成员数
ZLEXCOUNT myset [a [d
# (integer) 4

五、集合运算 #

5.1 并集 #

bash

# 准备数据
ZADD zset1 1 a 2 b 3 c
ZADD zset2 2 b 3 c 4 d

# ZUNIONSTORE: 计算并集并存储
ZUNIONSTORE result 2 zset1 zset2
# (integer) 4

ZRANGE result 0 -1 WITHSCORES
# 1) "a"
# 2) "1"
# 3) "d"
# 4) "4"
# 5) "b"
# 6) "4"  # 2+2=4
# 7) "c"
# 8) "6"  # 3+3=6

# 指定权重
ZUNIONSTORE result 2 zset1 zset2 WEIGHTS 2 3
# zset1分数乘2，zset2分数乘3

# 指定聚合方式
ZUNIONSTORE result 2 zset1 zset2 AGGREGATE MIN
# 取最小分数

ZUNIONSTORE result 2 zset1 zset2 AGGREGATE MAX
# 取最大分数

ZUNIONSTORE result 2 zset1 zset2 AGGREGATE SUM
# 求和（默认）

5.2 交集 #

bash

# ZINTERSTORE: 计算交集并存储
ZINTERSTORE result 2 zset1 zset2
# (integer) 2

ZRANGE result 0 -1 WITHSCORES
# 1) "b"
# 2) "4"  # 2+2=4
# 3) "c"
# 4) "6"  # 3+3=6

# 指定权重和聚合方式
ZINTERSTORE result 2 zset1 zset2 WEIGHTS 1 2 AGGREGATE MAX

5.3 差集（Redis 6.2+） #

bash

# ZDIFFSTORE: 计算差集并存储
ZDIFFSTORE result 2 zset1 zset2
# zset1 - zset2

六、应用场景 #

6.1 排行榜 #

bash

# 游戏排行榜
ZADD game:leaderboard 1000 player:1
ZADD game:leaderboard 1500 player:2
ZADD game:leaderboard 2000 player:3

# 更新分数
ZINCRBY game:leaderboard 500 player:1

# 获取前10名
ZREVRANGE game:leaderboard 0 9 WITHSCORES

# 获取玩家排名
ZREVRANK game:leaderboard player:1
# (integer) 1  第2名

# 获取玩家分数
ZSCORE game:leaderboard player:1
# "1500"

# 获取玩家周围的排名
# 获取玩家排名
rank=$(ZRANK game:leaderboard player:1)
# 获取前后各2名
ZRANGE game:leaderboard $((rank-2)) $((rank+2)) WITHSCORES

6.2 延时队列 #

bash

# 添加延时任务（分数为执行时间戳）
ZADD delay:queue 1700001000 task:1
ZADD delay:queue 1700002000 task:2
ZADD delay:queue 1700003000 task:3

# 获取到期任务
current_time=$(date +%s)
ZRANGEBYSCORE delay:queue -inf $current_time

# 处理并删除
ZREMRANGEBYSCORE delay:queue -inf $current_time

6.3 滑动窗口限流 #

bash

# 记录请求时间戳
user_id=1001
current_time=$(date +%s%3N)  # 毫秒时间戳
window=60000  # 60秒窗口
limit=100  # 限制100次

# 添加请求记录
ZADD rate:$user_id $current_time $current_time:random

# 删除窗口外的记录
ZREMRANGEBYSCORE rate:$user_id 0 $((current_time - window))

# 统计窗口内请求数
count=$(ZCARD rate:$user_id)

if [ $count -gt $limit ]; then
    echo "限流"
else
    echo "允许"
fi

6.4 标签权重 #

bash

# 文章标签权重
ZADD article:1001:tags 10 redis
ZADD article:1001:tags 8 database
ZADD article:1001:tags 5 nosql

# 获取标签（按权重排序）
ZREVRANGE article:1001:tags 0 -1 WITHSCORES
# 1) "redis"
# 2) "10"
# 3) "database"
# 4) "8"
# 5) "nosql"
# 6) "5"

6.5 实时热点 #

bash

# 热点文章
ZINCRBY hot:articles 1 article:1001
ZINCRBY hot:articles 1 article:1002

# 获取热点文章
ZREVRANGE hot:articles 0 9 WITHSCORES

# 定期清理
ZREMRANGEBYRANK hot:articles 0 -101  # 只保留前100

七、性能优化 #

7.1 避免大有序集合 #

bash

# 不推荐：超大有序集合
ZADD huge:zset 1 item1 ... 100000 item100000

# 推荐：定期清理
ZREMRANGEBYRANK myzset 0 -1001  # 只保留前1000

7.2 使用合适的数据结构 #

bash

# 只需要排序：使用ZSet
# 需要去重+排序：使用ZSet
# 只需要去重：使用Set

7.3 批量操作 #

bash

# 不推荐：多次单操作
ZADD myzset 1 a
ZADD myzset 2 b
ZADD myzset 3 c

# 推荐：批量操作
ZADD myzset 1 a 2 b 3 c

八、总结 #

有序集合操作命令：

命令	说明
ZADD	添加成员
ZREM	删除成员
ZSCORE	获取分数
ZRANK	获取排名（升序）
ZREVRANK	获取排名（降序）
ZCARD	获取成员数
ZINCRBY	增加分数

范围查询命令：

命令	说明
ZRANGE	按排名范围（升序）
ZREVRANGE	按排名范围（降序）
ZRANGEBYSCORE	按分数范围
ZREVRANGEBYSCORE	按分数范围（降序）
ZRANGEBYLEX	按字典序
ZCOUNT	统计分数范围

集合运算命令：

命令	说明
ZUNIONSTORE	并集
ZINTERSTORE	交集

应用场景：

场景	实现方式
排行榜	ZADD + ZREVRANGE
延时队列	ZADD + ZRANGEBYSCORE
限流	ZADD + ZREMRANGEBYSCORE
热点统计	ZINCRBY + ZREVRANGE

下一步，让我们学习Redis的高级特性！