2.6 有序集合
有序集合相对于哈希、列表、集合来说会有一点点陌生，但既然叫有序集合，那么它和集合必然有着联系，它保留了集合不能有重复成员的特性，但不同的是，有序集合中的元素可以排序。但是它和列表使用索引下标作为排序依据不同的是，它给每个元素设置一个分数（score）作为排序的依据。如图2-24所示，该有序集合包含kris、mike、frank、tim、martin、tom，它们的分数分别是1、91、200、220、250、251，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，合理的利用有序集合，能帮助我们在实际开发中解决很多问题。
有序集合中的元素不能重复，但是score可以重复，就和一个班里的同学学号不能重复，但是考试成绩可以相同。
表2-7给出了列表、集合、有序集合三者的异同点。
表2-7 给出了列表、集合和有序集合三者的异同点
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 是 是 索引下标 时间轴、消息队列等
集合 否 否 无 标签、社交等
有序集合 否 是 分值 排行榜系统、社交等
2.6.1 命令
本节依旧按照集合内和集合外两个维度对有序集合的命令进行介绍。
1.?集合内
（1）添加成员
zadd key score member [score member ...]
下面操作向有序集合user:ranking添加用户tom和他的分数251:
127.0.0.1:6379> zadd user:ranking 251 tom
(integer) 1
返回结果代表成功添加成员的个数:
127.0.0.1:6379> zadd user:ranking 1 kris 91 mike 200 frank 220 tim 250 martin
(integer) 5
有关zadd命令有两点需要注意：
Redis 3.2为zadd命令添加了nx、xx、ch、incr四个选项：
nx：member必须不存在，才可以设置成功，用于添加。
xx：member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。
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)。
（2）计算成员个数
zcard key
例如下面操作返回有序集合user:ranking的成员数为5，和集合类型的scard命令一样，zcard的时间复杂度为O(1)。
127.0.0.1:6379> zcard user:ranking
(integer) 5
（3）计算某个成员的分数
zscore key member
tom的分数为251，如果成员不存在则返回nil：
127.0.0.1:6379> zscore user:ranking tom
"251"
127.0.0.1:6379> zscore user:ranking test
(nil)
（4）计算成员的排名
zrank key member
zrevrank key member
zrank是从分数从低到高返回排名，zrevrank反之。例如下面操作中，tom在zrank和zrevrank分别排名第5和第0（排名从0开始计算）。
127.0.0.1:6379> zrank user:ranking tom
(integer) 5
127.0.0.1:6379> zrevrank user:ranking tom
(integer) 0
（5）删除成员
zrem key member [member ...]
下面操作将成员mike从有序集合user:ranking中删除。
127.0.0.1:6379> zrem user:ranking mike
(integer) 1
返回结果为成功删除的个数。
（6）增加成员的分数
zincrby key increment member
下面操作给tom增加了9分，分数变为了260分：
127.0.0.1:6379> zincrby user:ranking 9 tom
"260"
（7）返回指定排名范围的成员
zrange key start end [withscores]
zrevrange key start end [withscores]
有序集合是按照分值排名的，zrange是从低到高返回，zrevrange反之。下面代码返回排名最低的是三个成员，如果加上withscores选项，同时会返回成员的分数：
127.0.0.1:6379> zrange user:ranking 0 2 withscores
1) "kris"
2) "1"
3) "frank"
4) "200"
5) "tim"
6) "220"
127.0.0.1:6379> zrevrange user:ranking 0 2 withscores
1) "tom"
2) "260"
3) "martin"
4) "250"
5) "tim"
6) "220"
（8）返回指定分数范围的成员
zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count]
zrevrangebyscore key max min [withscores] [limit offset count]
其中zrangebyscore按照分数从低到高返回，zrevrangebyscore反之。例如下面操作从低到高返回200到221分的成员，withscores选项会同时返回每个成员的分数。[limit offset count]选项可以限制输出的起始位置和个数：
127.0.0.1:6379> zrangebyscore user:ranking 200 tinf withscores
1) "frank"
2) "200"
3) "tim"
4) "220"
127.0.0.1:6379> zrevrangebyscore user:ranking 221 200 withscores
1) "tim"
2) "220"
3) "frank"
4) "200"
同时min和max还支持开区间（小括号）和闭区间（中括号），-inf和+inf分别代表无限小和无限大：
127.0.0.1:6379> zrangebyscore user:ranking (200 +inf withscores
1) "tim"
2) "220"
3) "martin"
4) "250"
5) "tom"
6) "260"
（9）返回指定分数范围成员个数
zcount key min max
下面操作返回200到221分的成员的个数：
127.0.0.1:6379> zcount user:ranking 200 221
(integer) 2
（10）删除指定排名内的升序元素
zremrangebyrank key start end
下面操作删除第start到第end名的成员：
127.0.0.1:6379> zremrangebyrank user:ranking 0 2
(integer) 3?
（11）删除指定分数范围的成员
zremrangebyscore key min max
下面操作将250分以上的成员全部删除，返回结果为成功删除的个数：
127.0.0.1:6379> zremrangebyscore user:ranking (250 +inf
(integer) 2?
2.?集合间的操作
将图2-25的两个有序集合导入到Redis中。
图2-25 有序集合user:ranking:1和user:ranking:2
127.0.0.1:6379> zadd user:ranking:1 1 kris 91 mike 200 frank 220 tim 250 martin
251 tom
(integer) 6
127.0.0.1:6379> zadd user:ranking:2 8 james 77 mike 625 martin 888 tom
(integer) 4
（1）交集
zinterstore destination numkeys key [key ...] [weights weight [weight ...]]
[aggregate sum|min|max]
这个命令参数较多，下面分别进行说明：
destination：交集计算结果保存到这个键。
numkeys：需要做交集计算键的个数。
key [key ...]：需要做交集计算的键。
weights weight [weight ...]：每个键的权重，在做交集计算时，每个键中的每个member会将自己分数乘以这个权重，每个键的权重默认是1。
aggregate sum|min|max：计算成员交集后，分值可以按照sum（和）、min（最小值）、max（最大值）做汇总，默认值是sum。
下面操作对user:ranking:1和user:ranking:2做交集，weights和aggregate使用了默认配置，可以看到目标键user:ranking:1_inter_2对分值做了sum操作：
127.0.0.1:6379> zinterstore user:ranking:1_inter_2 2 user:ranking:1
user:ranking:2
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zrange user:ranking:1_inter_2 0 -1 withscores
1) "mike"
2) "168"
3) "martin"
4) "875"
5) "tom"
6) "1139"
如果想让user:ranking:2的权重变为0.5，并且聚合效果使用max，可以执行如下操作：
127.0.0.1:6379> zinterstore user:ranking:1_inter_2 2 user:ranking:1
user:ranking:2 weights 1 0.5 aggregate max
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zrange user:ranking:1_inter_2 0 -1 withscores
1) "mike"
2) "91"
3) "martin"
4) "312.5"
5) "tom"
6) "444"
（2）并集
zunionstore destination numkeys key [key ...] [weights weight [weight ...]]
[aggregate sum|min|max]
该命令的所有参数和zinterstore是一致的，只不过是做并集计算，例如下面操作是计算user:ranking:1和user:ranking:2的并集，weights和aggregate使用了默认配置，可以看到目标键user:ranking:1_union_2对分值做了sum操作：
127.0.0.1:6379> zunionstore user:ranking:1_union_2 2 user:ranking:1
user:ranking:2
(integer) 7
127.0.0.1:6379> zrange user:ranking:1_union_2 0 -1 withscores
1) "kris"
2) "1"
3) "james"
4) "8"
5) "mike"
6) "168"
7) "frank"
8) "200"
9) "tim"
10) "220"
11) "martin"
12) "875"
13) "tom"
14) "1139"
至此有序集合的命令基本介绍完了，表2-8是这些命令的时间复杂度，开发人员在使用对应的命令进行开发时，不仅要考虑功能性，还要了解相应的时间复杂度，防止由于使用不当造成应用方效率下降以及Redis阻塞。
表2-8 有序集合命令的时间复杂度
命令 时间复杂度
zadd key score member [score member ...] O(k×log(n))，k是添加成员的个数，n是当前有序集合成员个数
zcard key O(1)
zscore key member O(1)
zrank key member
zrevrank key member O(log(n))，n是当前有序集合成员个数
zrem key member [member ...] O(k*log(n))，k是删除成员的个数，n是当前有序集合成员个数
zincrby key increment member O(log(n))，n是当前有序集合成员个数
zrange key start end [withscores]
zrevrange key start end [withscores] O(log(n) + k)，k是要获取的成员个数，n是当前有序集合成员个数
zrangebyscore key min max [withscores]
zrevrangebyscore key max min [withscores] O(log(n) + k)，k是要获取的成员个数，n是当前有序集合成员个数
zcount O(log(n))，n是当前有序集合成员个数
zremrangebyrank key start end O(log(n) + k)，k是要删除的成员个数，n是当前有序集合成员个数
zremrangebyscore key min max O(log(n) + k)，k是要删除的成员个数，n是当前有序集合成员个数
zinterstore destination numkeys key [key ...] O(n*k)+O(m*log(m))，n是成员数最小的有序集合成员个数，k是有序集合的个数，m是结果集中成员个数
zunionstore destination numkeys key [key ...] O(n)+O(m*log(m))，n是所有有序集合成员个数和，m是结果集中成员个数
2.6.2 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。
下面用示例来说明：
1）当元素个数较少且每个元素较小时，内部编码为skiplist：
127.0.0.1:6379> zadd zsetkey 50 e1 60 e2 30 e3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> object encoding zsetkey
"ziplist"
2.1）当元素个数超过128个，内部编码变为ziplist：
127.0.0.1:6379> zadd zsetkey 50 e1 60 e2 30 e3 12 e4 ...忽略... 84 e129
(integer) 129
127.0.0.1:6379> object encoding zsetkey
"skiplist"
2.2）当某个元素大于64字节时，内部编码也会变为hashtable：
127.0.0.1:6379> zadd zsetkey 20 "one string is bigger than 64 byte.............
..................."
(integer) 1
127.0.0.1:6379> object encoding zsetkey
"skiplist"
2.6.3 使用场景
有序集合比较典型的使用场景就是排行榜系统。例如视频网站需要对用户上传的视频做排行榜，榜单的维度可能是多个方面的：按照时间、按照播放数量、按照获得的赞数。本节使用赞数这个维度，记录每天用户上传视频的排行榜。主要需要实现以下4个功能。
（1）添加用户赞数
例如用户mike上传了一个视频，并获得了3个赞，可以使用有序集合的zadd和zincrby功能：
zadd user:ranking:2016_03_15 mike 3
如果之后再获得一个赞，可以使用zincrby：
zincrby user:ranking:2016_03_15 mike 1
（2）取消用户赞数
由于各种原因（例如用户注销、用户作弊）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:2016_03_15 mike
（3）展示获取赞数最多的十个用户
此功能使用zrevrange命令实现：
zrevrangebyrank user:ranking:2016_03_15 0 9
（4）展示用户信息以及用户分数
此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两个功能：
hgetall user:info:tom
zscore user:ranking:2016_03_15 mike
zrank user:ranking:2016_03_15 mike
相关资源：Redis开发与运维-完整版