跳到主要内容

Redis 有序集合(Sorted Set)

1. 简介​

Redis 有序集合（Sorted Set）是字符串元素的集合，每个元素都关联一个分数（score）。元素按分数排序，分数可以重复，但元素必须唯一。有序集合提供了快速的范围查询和排名功能。

2. 基本命令​

命令描述示例
ZADD key score member [score member ...]向有序集合添加一个或多个成员，或者更新已存在成员的分数ZADD leaderboard 100 "player1"
ZSCORE key member返回有序集中，成员的分数值ZSCORE leaderboard "player1"
ZCARD key获取有序集合元素数量ZCARD leaderboard
ZCOUNT key min max计算在有序集合中指定区间分数的成员数ZCOUNT leaderboard 80 100
ZINCRBY key increment member有序集合中对指定成员的分数加上增量 incrementZINCRBY leaderboard 10 "player1"
ZRANK key member获取元素排名（升序，从 0 开始）ZRANK leaderboard "player1"
ZREVRANK key member返回有序集合中指定成员的排名，有序集成员按分数值递减(从大到小)排序ZREVRANK leaderboard "player1"
ZLEXCOUNT key min max在有序集合中计算指定字典区间内成员数量ZLEXCOUNT leaderboard "-" "+"

2.1 示例​

# 添加成员和分数
127.0.0.1:6379> ZADD leaderboard 100 "player1" 85 "player2"
(integer) 2
# 更新已有成员的分数（不新增成员时返回 0）
127.0.0.1:6379> ZADD leaderboard 95 "player2"
(integer) 0
127.0.0.1:6379> ZSCORE leaderboard "player1"
"100"
127.0.0.1:6379> ZCARD leaderboard
(integer) 2
127.0.0.1:6379> ZCOUNT leaderboard 80 100
(integer) 2
127.0.0.1:6379> ZINCRBY leaderboard 10 "player1"
"110"
127.0.0.1:6379> ZRANK leaderboard "player2"
(integer) 0
127.0.0.1:6379> ZREVRANK leaderboard "player2"
(integer) 1

3. 范围查询命令​

按排名或分数范围查询元素：

命令描述示例
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]按排名范围获取元素（升序）ZRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES
ZRANGEBYLEX key min max [LIMIT offset count]通过字典区间返回有序集合的成员ZRANGEBYLEX leaderboard "[a" "[c"
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]按排名范围获取元素（降序）ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES
ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]按分数范围获取元素（升序）ZRANGEBYSCORE leaderboard 80 100
ZREVRANGEBYSCORE key max min [WITHSCORES] [LIMIT offset count]按分数范围获取元素（降序）ZREVRANGEBYSCORE leaderboard 100 80

3.1 示例​

# 创建学生成绩排行榜
ZADD student:scores 85 "Alice" 92 "Bob" 78 "Charlie" 95 "David" 88 "Eve"

# 按排名查询（升序：分数从低到高）
ZRANGE student:scores 0 2               # 返回: ["Charlie", "Alice", "Eve"]
ZRANGE student:scores 0 2 WITHSCORES    # 返回: ["Charlie", "78", "Alice", "85", "Eve", "88"]

# 按排名查询（降序：分数从高到低）
ZREVRANGE student:scores 0 2            # 返回: ["David", "Bob", "Eve"] (前3名)
ZREVRANGE student:scores 0 2 WITHSCORES # 返回: ["David", "95", "Bob", "92", "Eve", "88"]

# 按分数范围查询
ZRANGEBYSCORE student:scores 80 90       # 返回: ["Alice", "Eve"] (80-90分的学生)
ZRANGEBYSCORE student:scores 90 100 WITHSCORES  # 返回: ["Bob", "92", "David", "95"]

# 获取排名
ZRANK student:scores "Alice"             # 返回: 1 (升序排名，从0开始)
ZREVRANK student:scores "Alice"          # 返回: 3 (降序排名，从0开始)

# 分页查询
ZREVRANGE student:scores 0 1            # 第1页：前2名
ZREVRANGE student:scores 2 3            # 第2页：第3-4名

4. 删除操作命令​

按排名或分数范围删除元素：

命令描述说明
ZREM key member [member ...]移除有序集合中的一个或多个成员ZREM leaderboard "player1"
ZREMRANGEBYLEX key min max移除有序集合中给定的字典区间的所有成员ZREMRANGEBYLEX leaderboard "[a" "[b"
ZREMRANGEBYRANK key start stop按排名范围删除元素ZREMRANGEBYRANK leaderboard 0 2
ZREMRANGEBYSCORE key min max按分数范围删除元素ZREMRANGEBYSCORE leaderboard 0 60

4.1 示例​

# 创建测试数据
ZADD test:scores 10 "a" 20 "b" 30 "c" 40 "d" 50 "e" 60 "f"

# 删除最低的3个分数
ZREMRANGEBYRANK test:scores 0 2         # 删除排名0-2的元素（a, b, c）
ZRANGE test:scores 0 -1                 # 返回: ["d", "e", "f"]

# 删除分数低于50的元素
ZREMRANGEBYSCORE test:scores 0 49       # 删除分数0-49的元素
ZRANGE test:scores 0 -1 WITHSCORES      # 返回: ["e", "50", "f", "60"]

# 保留前N名（删除其他）
ZADD ranking 100 "p1" 90 "p2" 80 "p3" 70 "p4" 60 "p5"
ZREMRANGEBYRANK ranking 0 -4            # 保留前3名，删除其他
ZREVRANGE ranking 0 -1                  # 返回: ["p1", "p2", "p3"]

5. 集合运算命令​

有序集合之间的运算操作：

命令描述示例
ZUNIONSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE SUM]计算并集并存储ZUNIONSTORE result 2 set1 set2
ZINTERSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE SUM]计算交集并存储ZINTERSTORE result 2 set1 set2

5.1 示例​

# 创建两个科目的成绩
ZADD math:scores 85 "Alice" 90 "Bob" 78 "Charlie"
ZADD english:scores 88 "Alice" 82 "Bob" 92 "David"

# 计算总分（并集，分数相加）
ZUNIONSTORE total:scores 2 math:scores english:scores AGGREGATE SUM
ZREVRANGE total:scores 0 -1 WITHSCORES
# 返回: ["Alice", "173", "Bob", "172", "David", "92", "Charlie", "78"]

# 计算两科都有成绩的学生（交集）
ZINTERSTORE both:scores 2 math:scores english:scores AGGREGATE SUM
ZREVRANGE both:scores 0 -1 WITHSCORES
# 返回: ["Alice", "173", "Bob", "172"] (只有Alice和Bob两科都有成绩)

# 使用权重计算加权平均
ZUNIONSTORE weighted:scores 2 math:scores english:scores WEIGHTS 0.6 0.4
ZREVRANGE weighted:scores 0 -1 WITHSCORES
# 数学占60%，英语占40%的加权分数

6. 遍历命令​

安全遍历大有序集合：

命令描述示例
ZSCAN key cursor [MATCH pattern] [COUNT count]迭代有序集合元素ZSCAN myzset 0 MATCH "user:*"

7. 实际应用场景​

7.1 排行榜系统​

使用有序集合实现各种排行榜：

# 游戏积分排行榜
ZADD game:leaderboard 1500 "player001" 1200 "player002" 1800 "player003"
ZADD game:leaderboard 1350 "player004" 1600 "player005"

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

# 获取某玩家排名
ZREVRANK game:leaderboard "player001"   # 返回: 2 (第3名，从0开始)

# 获取某玩家周围的排名
player_rank=$(redis-cli ZREVRANK game:leaderboard "player001")
ZREVRANGE game:leaderboard $((player_rank-2)) $((player_rank+2)) WITHSCORES

# 更新玩家分数
ZINCRBY game:leaderboard 100 "player001" # 增加100分

# 月度排行榜重置
DEL game:leaderboard:2024-01
RENAME game:leaderboard game:leaderboard:2024-01

# 分段排行榜
ZRANGEBYSCORE game:leaderboard 1000 1500 WITHSCORES  # 1000-1500分段

7.2 延时队列​

使用时间戳作为分数实现延时任务：

# 添加延时任务（时间戳作为分数）
ZADD delay:queue 1640995200 "task:send_email:1001"     # 2022-01-01 00:00:00
ZADD delay:queue 1640995800 "task:send_sms:1002"       # 2022-01-01 00:10:00
ZADD delay:queue 1640996400 "task:push_notification:1003" # 2022-01-01 00:20:00

# 获取当前时间戳
current_time=$(date +%s)

# 获取到期的任务
ZRANGEBYSCORE delay:queue 0 $current_time

# 处理到期任务并删除
ZRANGEBYSCORE delay:queue 0 $current_time LIMIT 0 10
# 处理任务...
ZREMRANGEBYSCORE delay:queue 0 $current_time

# 定时任务调度器
while true; do
    current=$(date +%s)
    tasks=$(redis-cli ZRANGEBYSCORE delay:queue 0 $current LIMIT 0 100)
    for task in $tasks; do
        # 处理任务
        echo "Processing: $task"
    done
    redis-cli ZREMRANGEBYSCORE delay:queue 0 $current
    sleep 1
done

7.3 时间序列数据​

使用时间戳存储时间序列数据：

# 存储用户活跃度数据（时间戳:活跃度分数）
ZADD user:1001:activity 1640995200 85   # 2022-01-01的活跃度
ZADD user:1001:activity 1641081600 92   # 2022-01-02的活跃度
ZADD user:1001:activity 1641168000 78   # 2022-01-03的活跃度

# 获取最近7天的活跃度
week_ago=$(( $(date +%s) - 604800 ))
ZRANGEBYSCORE user:1001:activity $week_ago +inf WITHSCORES

# 获取某时间段的平均活跃度
ZRANGEBYSCORE user:1001:activity 1640995200 1641168000 WITHSCORES

# 存储股票价格数据
ZADD stock:AAPL:price 1640995200 150.25  # 某时刻的股价
ZADD stock:AAPL:price 1640995260 150.30  # 1分钟后的股价

# 获取某时间段的价格走势
ZRANGEBYSCORE stock:AAPL:price 1640995200 1640999999 WITHSCORES

# 清理过期数据（保留最近30天）
month_ago=$(( $(date +%s) - 2592000 ))
ZREMRANGEBYSCORE user:1001:activity -inf $month_ago

7.4 热门内容​

基于热度分数的内容排序：

# 文章热度排行（综合浏览量、点赞数、评论数）
# 热度分数 = 浏览量 * 0.1 + 点赞数 * 2 + 评论数 * 5
ZADD hot:articles 156.5 "article:1001"  # 1000浏览+20点赞+3评论
ZADD hot:articles 234.2 "article:1002"  # 1500浏览+35点赞+8评论
ZADD hot:articles 89.3 "article:1003"   # 800浏览+5点赞+1评论

# 获取热门文章
ZREVRANGE hot:articles 0 9              # 前10热门文章

# 更新文章热度（伪代码）
function update_article_heat(article_id, views, likes, comments) {
    heat_score = views * 0.1 + likes * 2 + comments * 5
    ZADD hot:articles $heat_score $article_id
}

# 时间衰减热度（每小时降低5%）（伪代码）
function decay_heat() {
    articles = ZRANGE hot:articles 0 -1 WITHSCORES
    for article, score in articles {
        new_score = score * 0.95
        ZADD hot:articles $new_score $article
    }
}

# 分类热门内容
ZADD hot:tech:articles 156.5 "article:tech:1001"
ZADD hot:sports:articles 234.2 "article:sports:1002"

# 获取各分类热门
ZREVRANGE hot:tech:articles 0 4         # 科技类前5
ZREVRANGE hot:sports:articles 0 4       # 体育类前5

7.5 价格区间查询​

商品价格范围搜索：

# 商品价格索引（价格作为分数）
ZADD products:by_price 99.99 "product:1001"    # iPhone手机壳
ZADD products:by_price 1299.00 "product:1002"  # iPad
ZADD products:by_price 199.99 "product:1003"   # AirPods
ZADD products:by_price 2999.00 "product:1004"  # MacBook
ZADD products:by_price 599.99 "product:1005"   # Apple Watch

# 价格区间搜索
ZRANGEBYSCORE products:by_price 100 500        # 100-500元商品
ZRANGEBYSCORE products:by_price 1000 2000      # 1000-2000元商品
ZRANGEBYSCORE products:by_price 0 100          # 100元以下商品

# 分页查询（按价格升序）
ZRANGEBYSCORE products:by_price 0 +inf LIMIT 0 10   # 第1页
ZRANGEBYSCORE products:by_price 0 +inf LIMIT 10 10  # 第2页

# 价格统计
ZCOUNT products:by_price 0 100                 # 100元以下商品数量
ZCOUNT products:by_price 100 500               # 100-500元商品数量
ZCOUNT products:by_price 500 1000              # 500-1000元商品数量

# 获取价格范围
ZRANGE products:by_price 0 0 WITHSCORES        # 最低价
ZREVRANGE products:by_price 0 0 WITHSCORES     # 最高价

8. 性能优化建议​

  • 合理使用索引: 有序集合内部使用跳跃表和哈希表，查询效率高
  • 避免大集合: 单个有序集合元素数量不宜过多（建议小于 100 万）
  • 使用 ZSCAN: 遍历大有序集合时使用 ZSCAN 而不是 ZRANGE
  • 批量操作: 使用 ZADD 的多元素版本减少网络往返
  • 分数设计: 合理设计分数计算规则，避免频繁更新
  • 定期清理: 使用 ZREMRANGEBYRANK 或 ZREMRANGEBYSCORE 清理过期数据

9. Sorted Set vs 其他数据类型​

9.1 数据类型选择建议​

  • Sorted Set vs List: Sorted Set 按分数排序且元素唯一，List 按插入顺序且允许重复
  • Sorted Set vs Set: Sorted Set 有序且支持范围查询，Set 无序但集合运算更丰富
  • Sorted Set vs Hash: Sorted Set 存储分数-元素对，Hash 存储字段-值对
  • 使用 Sorted Set 的场景: 排行榜、延时队列、时间序列、价格区间查询、热门内容