redis学习（六）——Sorted Set数据类型

一、概述：

Sorted Set（有序集合）和Set类型极为相似，它们都是字符串的集合，都不允许重复的成员出现在一个Set中。它们之间的主要差别是Sorted Set中的每一个成员都会有一个分数(score)与之关联，Redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。然而需要额外指出的是，尽管Sorted Set中的成员必须是唯一的，但是分数(score)却是可以重复的。
    在Sorted Set中添加、删除或更新一个成员都是非常快速的操作，其时间复杂度为集合中成员数量的对数。由于Sorted Set中的成员在集合中的位置是有序的，因此，即便是访问位于集合中部的成员也仍然是非常高效的。事实上，Redis所具有的这一特征在很多其它类型的数据库中是很难实现的，换句话说，在该点上要想达到和Redis同样的高效，在其它数据库中进行建模是非常困难的。

二、相关命令

1、增加元素

命令原型：ZADD key score member [score] [member]

时间复杂度：O(log(N))

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量。添加参数中指定的所有成员及其分数到指定key的Sorted Set中，在该命令中我们可以指定多组score/member作为参数。如果在添加时参数中的某一成员已经存在，该命令将更新此成员的分数为新值，同时再将该成员基于新值重新排序。如果键不存在，该命令将为该键创建一个新的Sorted Set Value，并将score/member对插入其中。如果该键已经存在，但是与其关联的Value不是Sorted Set类型，相关的错误信息将被返回。

返回值：本次操作实际插入的成员数量。

2、获得集合中元素个数

命令原型：ZCARD key

时间复杂度：O(1)

命令描述：获取与该Key相关联的Sorted Set中包含的成员数量。

返回值：返回Sorted Set中的成员数量，如果该Key不存在，返回0。

3、获得指定分数范围内的元素个数

命令原型：ZCOUNT key min max

时间复杂度：O(log(N)+M)

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted-Sets中成员的数量，M则表示min和max之间元素的数量。该命令用于获取分数(score)在min和max之间的成员数量。针对min和max参数需要额外说明的是，-inf和+inf分别表示Sorted-Sets中分数的最高值和最低值。缺省情况下，min和max表示的范围是闭区间范围，即min <= score <= max内的成员将被返回。然而我们可以通过在min和max的前面添加"("字符来表示开区间，如(min max表示min < score <= max，而(min (max表示min < score < max。

返回值：分数指定范围内成员的数量。

4、获得元素的分数

命令原型：ZSCORE key member

时间复杂度：O(1)

命令描述：获取指定Key的指定成员的分数。

返回值：如果该成员存在，以字符串的形式返回其分数，否则返回nil。

5、增加某个元素的分数

命令原型：ZINCRBY key increment member

时间复杂度：O(log(N))

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量。该命令将为指定Key中的指定成员增加指定的分数。如果成员不存在，该命令将添加该成员并假设其初始分数为0，此后再将其分数加上increment。如果Key不存在，该命令将创建该Key及其关联的Sorted Set，并包含参数指定的成员，其分数为increment参数。如果与该Key关联的不是Sorted Set类型，相关的错误信息将被返回。

返回值：以字符串形式表示的新分数。

6、获得排名在某个范围的元素列表

命令原型：ZRANGE key start stop [WITHSCORES]

时间复杂度：O(log(N)+M)

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量，M则表示返回的成员数量。该命令返回顺序在参数start和stop指定范围内的成员，这里start和stop参数都是0-based，即0表示第一个成员，-1表示最后一个成员。如果start大于该Sorted Set中的最大索引值，或start > stop，此时一个空集合将被返回。如果stop大于最大索引值，该命令将返回从start到集合的最后一个成员。如果命令中带有可选参数WITHSCORES选项，该命令在返回的结果中将包含每个成员的分数值，如value1,score1,value2,score2...。　　

返回值：返回索引在start和stop之间的成员列表。

7、获得排名在某个范围的元素列表（元素分数从大到小排序） 

命令原型：ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]

时间复杂度：O(log(N)+M)

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量，M则表示返回的成员数量。该命令的功能和ZRANGE基本相同，唯一的差别在于该命令是通过反向排序获取指定位置的成员，即从高到低的顺序。如果成员具有相同的分数，则按降序字典顺序排序。

返回值：返回指定的成员列表。

8、获得指定分数范围的元素

命令原型：ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]

时间复杂度：O(log(N)+M)

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量，M则表示返回的成员数量。该命令将返回分数在min和max之间的所有成员，即满足表达式min <= score <= max的成员，其中返回的成员是按照其分数从低到高的顺序返回，如果成员具有相同的分数，则按成员的字典顺序返回。可选参数LIMIT用于限制返回成员的数量范围。可选参数offset表示从符合条件的第offset个成员开始返回，同时返回count个成员。可选参数WITHSCORES的含义参照ZRANGE中该选项的说明。最后需要说明的是参数中min和max的规则可参照命令ZCOUNT。

返回值：返回分数在指定范围内的成员列表。

9、获得指定分数范围的元素（元素分数从大到小排序） 

命令原型：ZREVRANGEBYSCORE key max min [WITHSCORES] [LIMIT offset count]

时间复杂度：O(log(N)+M)

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量，M则表示返回的成员数量。该命令除了排序方式是基于从高到低的分数排序之外，其它功能和参数含义均与ZRANGEBYSCORE相同。需要注意的是该命令中的min和max参数的顺序和ZRANGEBYSCORE命令是相反的。

返回值：返回分数在指定范围内的成员列表。

10、获得元素的排名

命令原型：ZRANK key member

时间复杂度：O(log(N))

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量。Sorted Set中的成员都是按照分数从低到高的顺序存储，该命令将返回参数中指定成员的位置值，其中0表示第一个成员，它是Sorted Set中分数最低的成员。

返回值：如果该成员存在，则返回它的位置索引值。否则返回nil。

11、获得元素的排名（元素分数从大到小排序） 

命令原型：ZREVRANK key member

时间复杂度：O(log(N))

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量。该命令的功能和ZRANK基本相同，唯一的差别在于该命令获取的索引是从高到低排序后的位置，同样0表示第一个元素，即分数最高的成员。

返回值：如果该成员存在，则返回它的位置索引值。否则返回nil。

12、删除一个或多个元素

命令原型：ZREM key member [member ...]

时间复杂度：O(M log(N))

命令描述：时间复杂度中N表示Sorted Set中成员的数量，M则表示被删除的成员数量。该命令将移除参数中指定的成员，其中不存在的成员将被忽略。如果与该Key关联的Value不是Sorted Set，相应的错误信息将被返回。

返回值：实际被删除的成员数量。

13、按照排名范围删除元素

命令原型：ZREMRANGEBYRANK key start stop

时间复杂度：O(log(N)+M)

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量，M则表示被删除的成员数量。删除索引位置位于start和stop之间的成员，start和stop都是0-based，即0表示分数最低的成员，-1表示最后一个成员，即分数最高的成员。

返回值：被删除的成员数量

14、按照分数范围删除元素

命令原型：ZREMRANGEBYSCORE key start stop

时间复杂度：O(log(N)+M)

命令描述：时间复杂度中的N表示Sorted Set中成员的数量，M则表示被删除的成员数量。删除分数在min和max之间的所有成员，即满足表达式min <= score <= max的所有成员。对于min和max参数，可以采用开区间的方式表示，具体规则参照ZCOUNT。 

返回值：被删除的成员数量。

三、命令示例

1. ZADD/ZCARD/ZCOUNT/ZREM/ZINCRBY/ZSCORE/ZRANGE/ZRANK:
    #在Shell的命令行下启动Redis客户端工具。
    /> redis-cli
    #添加一个分数为1的成员。
    redis 127.0.0.1:6379> zadd myzset 1 "one"
    (integer) 1
    #添加两个分数分别是2和3的两个成员。
    redis 127.0.0.1:6379> zadd myzset 2 "two" 3 "three"
    (integer) 2
    #0表示第一个成员，-1表示最后一个成员。WITHSCORES选项表示返回的结果中包含每个成员及其分数，否则只返回成员。
    redis 127.0.0.1:6379> zrange myzset 0 -1 WITHSCORES
    1) "one"
    2) "1"
    3) "two"
    4) "2"
    5) "three"
    6) "3"
    #获取成员one在Sorted-Set中的位置索引值。0表示第一个位置。
    redis 127.0.0.1:6379> zrank myzset one
    (integer) 0
    #成员four并不存在，因此返回nil。
    redis 127.0.0.1:6379> zrank myzset four
    (nil)
    #获取myzset键中成员的数量。    
    redis 127.0.0.1:6379> zcard myzset
    (integer) 3
    #返回与myzset关联的Sorted-Set中，分数满足表达式1 <= score <= 2的成员的数量。
    redis 127.0.0.1:6379> zcount myzset 1 2
    (integer) 2
    #删除成员one和two，返回实际删除成员的数量。
    redis 127.0.0.1:6379> zrem myzset one two
    (integer) 2
    #查看是否删除成功。
    redis 127.0.0.1:6379> zcard myzset
    (integer) 1
    #获取成员three的分数。返回值是字符串形式。
    redis 127.0.0.1:6379> zscore myzset three
    "3"
    #由于成员two已经被删除，所以该命令返回nil。
    redis 127.0.0.1:6379> zscore myzset two
    (nil)
    #将成员one的分数增加2，并返回该成员更新后的分数。
    redis 127.0.0.1:6379> zincrby myzset 2 one
    "2"
    #将成员one的分数增加-1，并返回该成员更新后的分数。
    redis 127.0.0.1:6379> zincrby myzset -1 one
    "1"
    #查看在更新了成员的分数后是否正确。
    redis 127.0.0.1:6379> zrange myzset 0 -1 WITHSCORES
    1) "one"
    2) "1"
    3) "three"
    4) "3"

 2. ZRANGEBYSCORE/ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE
    redis 127.0.0.1:6379> del myzset
    (integer) 1
    redis 127.0.0.1:6379> zadd myzset 1 one 2 two 3 three 4 four
    (integer) 4
    #获取分数满足表达式1 <= score <= 2的成员。
    redis 127.0.0.1:6379> zrangebyscore myzset 1 2
    1) "one"
    2) "two"
    #获取分数满足表达式1 < score <= 2的成员。
    redis 127.0.0.1:6379> zrangebyscore myzset (1 2
    1) "two"
    #-inf表示第一个成员，+inf表示最后一个成员，limit后面的参数用于限制返回成员的自己，
    #2表示从位置索引(0-based)等于2的成员开始，取后面3个成员。
    redis 127.0.0.1:6379> zrangebyscore myzset -inf +inf limit 2 3
    1) "three"
    2) "four"
    #删除分数满足表达式1 <= score <= 2的成员，并返回实际删除的数量。
    redis 127.0.0.1:6379> zremrangebyscore myzset 1 2
    (integer) 2
    #看出一下上面的删除是否成功。
    redis 127.0.0.1:6379> zrange myzset 0 -1
    1) "three"
    2) "four"
    #删除位置索引满足表达式0 <= rank <= 1的成员。
    redis 127.0.0.1:6379> zremrangebyrank myzset 0 1
    (integer) 2
    #查看上一条命令是否删除成功。
    redis 127.0.0.1:6379> zcard myzset
    (integer) 0

 3. ZREVRANGE/ZREVRANGEBYSCORE/ZREVRANK:
    #为后面的示例准备测试数据。
    redis 127.0.0.1:6379> del myzset
    (integer) 0
    redis 127.0.0.1:6379> zadd myzset 1 one 2 two 3 three 4 four
    (integer) 4
    #以位置索引从高到低的方式获取并返回此区间内的成员。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrange myzset 0 -1 WITHSCORES
    1) "four"
    2) "4"
    3) "three"
    4) "3"
    5) "two"
    6) "2"
    7) "one"
    8) "1"
    #由于是从高到低的排序，所以位置等于0的是four，1是three，并以此类推。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrange myzset 1 3
    1) "three"
    2) "two"
    3) "one"
    #由于是从高到低的排序，所以one的位置是3。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrank myzset one
    (integer) 3
    #由于是从高到低的排序，所以four的位置是0。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrank myzset four
    (integer) 0
    #获取分数满足表达式3 >= score >= 0的成员，并以相反的顺序输出，即从高到底的顺序。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrangebyscore myzset 3 0
    1) "three"
    2) "two"
    3) "one"
    #该命令支持limit选项，其含义等同于zrangebyscore中的该选项，只是在计算位置时按照相反的顺序计算和获取。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrangebyscore myzset 4 0 limit 1 2
    1) "three"
    2) "two"

四、应用范围

1). 可以用于一个大型在线游戏的积分排行榜。每当玩家的分数发生变化时，可以执行ZADD命令更新玩家的分数，此后再通过ZRANGE命令获取积分TOP TEN的用户信息。当然我们也可以利用ZRANK命令通过username来获取玩家的排行信息。最后我们将组合使用ZRANGE和ZRANK命令快速的获取和某个玩家积分相近的其他用户的信息。
     2). Sorted-Sets类型还可用于构建索引数据。