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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
Zset 基本概念
- Set（集合）
- 元素具有唯一性
- 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
- List （列表）
- 元素具有唯一性
- 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
- Zset（有序集合）
- 元素具有唯一性
- 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
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 ...]
[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）
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
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]
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！
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
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
- inf：无穷大（+∞）
- -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
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)
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！
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
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）
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
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！
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！
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
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
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
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
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
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
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
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
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
