Redis中Zset类型常用命令的实现

一. Zset有序集合简介.

• 定义: Zset（有序集合）是Redis中的一种数据类型，它保留了集合不能有重复成员的特点，但与普通集合不同的是，Zset中的每个元素都与一个唯一的浮点类型的分数（score）相关联，这使得Zset中的元素可以维护有序性。

• 如何保证有序性: 每个元素都与一个分数相关联，分数用于确定元素在集合中的位置，且分数可以重复。当分数相同时，元素会根据其字典顺序进行排序。

• **Zset在Redis中底层的编码方式:

  • 压缩列表（ziplist）：一种紧凑的数据结构，通常用于存储元素较少、元素较小的有序集合。它以连续的内存块形式存储数据，每个节点可以包含一个或多个元素，且可以非常紧凑地存储整数和字符串等不同类型的元素。
  • 跳跃表（skiplist）：一种基于链表的数据结构，通常用于存储元素较多、元素较大的有序集合。跳跃表通过多层链表实现快速查找，其插入、删除、查找的时间复杂度均为O(logN)。

二. 添加元素相关命令.

2.1 向有序集合中添加元素(zadd)

• 命令基本格式:

ZADD key [NX | XX] [GT | LT] [CH] [INCR] score member [score member ...]

解释参数含义:

• NX: 当number不存在的时候才会添加对应的score-number
• XX: 当number存在的时候才会修改对应的score-number
• GT: 当更新元素的时候, 只有当给定的score比已有的score大, 才会更新成功.
• LT: 当更新元素的时候, 只有当给定的score比已有的score小, 才会更新成功.
• CH: 将返回值从添加的新元素数修改为更改的元素总数（CH是changed的缩写）。更改的元素是添加的新元素和已经存在的元素，并为其更新了分数。因此，在命令行中指定的具有与过去相同分数的元素不会被计算在内。注意：通常ZADD的返回值只计算添加的新元素的数量
• INCR:当指定这个选项时，ZADD的行为类似于ZINCRBY。在这种模式下只能指定一个分数-元素对

时间复杂度:

O(log(N))，其中N是排序集合中元素的个数。

演示命令的使用:

三. 查询元素相关操作.

3.1 查询有序集合中的元素个数( zcard zcount)

命令基本格式:

ZCARD keyZCOUNT key min max

时间复杂度:

zcard O(1)zcount O(log(N)) N是排序集合中元素的个数。

演示命令的使用:

3.2 查询指定区间内的元素(zrange zrevrange zrangebyscore)

命令基本格式:

ZRANGE key start stop [BYSCORE | BYLEX] [REV] [LIMIT offset count] [WITHSCORES] 获取指定下标范围内的元素
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES] 逆序获取指定下标范围内的元素
ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count] 按照分数来找元素,和zcount的效果类似

时间复杂度:

zrange O(log(N)+M)，其中N是排序集合中的元素个数，M是返回的元素个数。
zrevrange O(log(N)+M)，其中N是排序集合中的元素个数，M是返回的元素个数。
zrangebyscore O（log(N)+M）其中N是排序集合中的元素个数M是返回的元素个数。如果M是常数（例如总是要求前10个元素有LIMIT），你可以认为它是O（log(N)）。

演示命令的使用:

3.3 查询有序集合中指定成员的排名(zrank zrevrank )

命令基本格式:

ZRANK key member [WITHSCORE] 查询有序集合中指定成员的排名
ZREVRANK key member [WITHSCORE] 查询有序集合中指定成员的逆序排名

时间复杂度:

O(log(N))

演示命令的使用:

3.4 查询有序集合中指定成员的分数(zscore)

命令基本格式:

ZSCORE key member查询有序集合中指定成员的分数

时间复杂度:

O(1)

演示命令的使用:

四. 删除元素相关操作.

4.1 删除并返回最大/最小的n个元素(zpopmax zpopmin)

命令基本格式:

ZPOPMAX key [count] 删除并返回最大的n个元素
ZPOPMIN key [count] 删除并返回最小的n个元素

时间复杂度:

都是 O（log(N)*M）其中N是排序集合中的元素个数，M是弹出的元素个数。

演示命令的使用:

4.2 带有阻塞性质删除最大/小元素(bzpopmin bzpopmax)

命令基本格式:

BZPOPMAX key [key ...] timeoutBZPOPMIN key [key ...] timeout

时间复杂度:

O(log(N)) N是排序集合中元素的个数O(log(N)) N是排序集合中元素的个数

演示命令的使用:

4.3 删除有序集合中的n个元素( zrem zremrangebyrank zremrangebyscore)

命令基本格式:

ZREM key member [member ...] 删除有序集合中的n个元素
ZREMRANGEBYRANK key start stop 删除有序集合中指定排名范围内的成员
ZREMRANGEBYSCORE key min max 删除有序集合中指定分数范围内的成员

时间复杂度:

zrem O(M*log(N))，其中N是排序集合中元素的个数，M是要移除的元素的个数
zremrangebyrank O(log(N)+M)，其中N是排序集合中的元素个数，M是操作移除的元素个数
zremrangebyscore O(log(N)+M)，其中N是排序集合中的元素个数，M是操作移除的元素个数。

演示命令的使用:

五. 集合运算相关操作.

5.1 求有序集合交集的操作(zinterstore)

命令基本格式:

ZINTERSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE <SUM | MIN | MAX>]

解释参数含义:

• destination 要把求交集的结果存储到哪个key对应的zset之中.
• numkeys 描述了后续有几个key参与交集运算.
• weight 每个key对应的权重

时间复杂度:

O(N*K)+O（M*log(M)）最坏情况，其中N是最小的输入排序集，K是输入排序集的个数，M是结果排序集中元素的个数。

5.2 求集合并集的操作(zunionstore)

命令基本格式:

ZUNIONSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE <SUM | MIN | MAX>]

时间复杂度:

O(N)+O(M log(M))，其中N是输入排序集的大小之和，M是结果排序集的元素个数。

演示命令的使用:

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