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Redis有序集合(sorted set)串数据结构和常用命令

有序集合和集合类似,只是说它是有序的,和无序集合的主要区别在于每一个元素除了值之外,它还会多一个分数。分数是一个浮点数,在 Java 中是使用双精度表示的,根据分数,Redis 就可以支持对分数从小到大或者从大到小的排序。

这里和无序集合一样,对于每一个元素都是唯一的,但是对于不同元素而言,它的分数可以一样。元素也是 String 数据类型,也是一种基于 hash 的存储结构。

集合是通过哈希表实现的,所以添加、删除、查找的复杂度都是 0(1)。集合中最大的成员数为 2 的 32 次方减 1(40 多亿个成员),有序集合的数据结构如图 1 所示。
有序集合的数据结构
图 1  有序集合的数据结构

有序集合是依赖 key 标示它是属于哪个集合,依赖分数进行排序,所以值和分数是必须的,而实际上不仅可以对分数进行排序,在满足一定的条件下,也可以对值进行排序。

Redis基础命令

有序集合和无序集合的命令是接近的,只是在这些命令的基础上,会增加对于排序的操作,这些是我们在使用的时候需要注意的细节。

下面讲解这些常用的有序集合的部分命令。有些时候 Redis 借助数据区间的表示方法来表示包含或者不包含,比如在数学的区间表示中,[2,5] 表示包含 2,但是不包含 5 的区间。具体如表 1 所示。

表 1 Redis有序集合的部分命令
命   令 说   明  备   注
zadd key score1 value1 [score2 value2......] 向有序集合的 key,增加一个或者多个成员 如果不存在对应的 key,则创建键为 key 的有序集合
zcard key  获取有序集合的成员数
zcount key min max   根据分数返回对应的成员列表  min 为最小值,max 为最大值,默认为包含 min 和 max 值,采用数学区间表示的方法,如果需要不包含,则在分数前面加入“(”,注意不支持“[”表示
zincrby key increment member 给有序集合成员值为 member 的分数增加 increment
zinterstore desKey numkeys key1 [key2 key3......] 求多个有序集合的交集,并且将结果保存到 desKey 中 numkeys 是一个整数,表示多少个有序集合
zlexcount key min max   求有序集合 key 成员值在 min 和 max 的范围 这里范围为 key 的成员值,Redis 借助数据区间的表示方法,“[”表示包含该值,“(”表示不包含该值
zrange key start stop [withscores] 按照分值的大小(从小到大)返回成员,加入 start 和 stop 参数可以截取某一段返回。如果输入可选项 withscores,则连同分数一起返回 这里记集合最人长度为 len,则 Redis 会将集合排序后,形成一个从 0 到 len-1 的下标,然后根据 start 和 stop 控制的下标(包含 start 和 stop)返回
zrank key member 按从小到大求有序集合的排行 排名第一的为 0,第二的为 1……
zrangebylex key min max [limit offset count] 根据值的大小,从小到大排序,min 为最小值,max 为最大值;limit 选项可选,当 Redis 求出范围集合后,会生产下标 0 到 n,然后根据偏移量 offset 和限定返回数 count,返回对应的成员 这里范围为 key 的成员值,Redis 借助数学区间的表示方法,“[”表示包含该值,“(”表示不包含该值
zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count] 根据分数大小,从小到大求取范围,选项 withscores 和 limit 请参考 zrange 命令和 zrangebylex 说明 根据分析求取集合的范围。这里默认包含 min 和 max,如果不想包含,则在参数前加入“(”, 注意不支持“[”表示
zremrangebyscore key start stop 根据分数区间进行删除 按照 socre 进行排序,然后排除 0 到 len-1 的下标,然后根据 start 和 stop 进行删除,Redis 借助数学区间的表示方法,“[”表示包含该值,“(” 表示不包含该值
zremrangebyrank key start stop 按照分数排行从小到大的排序删除,从 0 开始计算
zremrangebylex key min max 按照值的分布进行删除
zrevrange key start stop [withscores] 从大到小的按分数排序,参数请参见 zrange 与 zrange 相同,只是排序是从大到小
zrevrangebyscore key max min [withscores] 从大到小的按分数排序,参数请参见 zrangebyscore 与 zrangebyscore 相同,只是排序是从大到小
zrevrank key member 按从大到小的顺序,求元素的排行
排名第一位 0,第二位 1......
zscore key member 返回成员的分数值 返回成员的分数
zunionstore desKey numKeys key1 [key2 key3 key4......] 求多个有序集合的并集,其中 numKeys 是有序集合的个数 ——
在对有序集合、下标、区间的表示方法进行操作的时候,需要十分小心命令,注意它是操作分数还是值,稍有不慎就会出现问题。

这里命令比较多,也有些命令比较难使用,在使用的时候,务必要小心,不过好在我们使用 zset 的频率并不是太高,下面是测试结果——有序集合命令展示,如图 2 所示。

有序集合命令展示
图 2 有序集合命令展示

spring-data-redis对有序集合的封装

Spring 中使用 Redis 的有序集合,需要注意的是 Spring 对 Redis 有序集合的元素的值和分数的范围(Range)和限制(Limit)进行了封装,在演示如何使用 Spring 操作有序集合前要进一步了解它的封装。

先介绍一个主要的接口——TypedTuple,它不是一个普通的接口,而一个内部接口,它是 org.springframework.data.redis.core.ZSetOperations 接口的内部接口,它定义了两个方法,代码如下所示。
public interface ZSetOperations<K,V>{
    ......
public interface TypedTuple<V> extends Comparable<TypedTuple<V>< {
    V getValue();

    Double getScore();
}
......
}
这里的 getValue() 是获取值,而 getScore() 是获取分数,但是它只是一个接口,而不是一个实现类。spring-data-redis 提供了一个默认的实现类—— DefaultTypedTuple,同样它会实现 TypedTuple 接口,在默认的情况下 Spring 就会把带有分数的有序集合的值和分数封装到这个类中,这样就可以通过这个类对象读取对应的值和分数了。

Spring 不仅对有序集合元素封装,而且对范围也进行了封装,方便使用。它是使用接口 org.springframework.data.redis.connection.RedisZSetCommands 下的内部类 Range 进行封装的,它有一个静态的 range() 方法,使用它就可以生成一个 Range 对象了,只是要清楚 Range 对象的几个方法才行,为此我们来看看下面的伪代码。
//设置大于等于min
public Range gte(Object min)
//设置大于min
public Range gt(Object min)
//设置小于等于max
public Range lte(Object max)
//设置小于max
public Range lt(Object max)
这 4 个方法就是最常用的范围方法。下面讨论一下限制,它是接口 org.springframework.data.redis.connection.RedisZSetCommands 下的内部类,它是一个简单的 POJO,它存在两个属性,它们的 getter 和 setter 方法,如下面的代码所示。
// ......
public interface RedisZSetCommands {
    // ......
public class Limit {
    int offset;
    int count;
//setter和getter方法
}
//......
}
通过属性的名称很容易知道:offset 代表从第几个开始截取,而 count 代表限制返回的总数量。

通过 Spring 操作有序集合

我们讨论了 spring-data-redis 项目对有序集合的封装,在此基础上,这节给出演示的例子。只是在测试代码前,要把 RedisTemplate 的 keySerializer 和 valueSerializer 属性都修改为字符串序列化器 StringRedisSerializer,测试代码如下所示。
public static void testZset() {
    ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext(
                "applicationContext.xml");
    RedisTemplate redisTemplate = applicationContext.getBean(RedisTemplate.class);
    // Spring提供接口 TypedTuple操作有序集合
    Set<TypedTuple> set1 = new HashSet<TypedTuple>();
    Set<TypedTuple> set2 = new HashSet<TypedTuple>();
    int j = 9;
    for (int i = 1; i <= 9; i++) {
        j--;
        // 计算分数和值
        Double score1 = Double.valueOf(i);
        String value1 = "x" + i;
        Double score2 = Double.valueOf(j);
        String value2 = j % 2 == 1 ? "y" + j : "x" + j;
        // 使用 Spring 提供的默认 TypedTuple--DefaultTypedTuple
        TypedTuple typedTuple1 = new DefaultTypedTuple(value1, score1);
        set1.add(typedTuple1);
        TypedTuple typedTuple2 = new DefaultTypedTuple(value2, score2);
        set2.add(typedTuple2);
    }
    // 将元素插入有序集合zset1
    redisTemplate.opsForZSet().add("zset1", set1);
    redisTemplate.opsForZSet().add("zset2", set2);
    // 统计总数
    Long size = null;
    size = redisTemplate.opsForZSet().zCard("set1");
    // 计分数为score,那么下面的方法就是求 3<=score<=6的元素
    size = redisTemplate.opsForZSet().count("zset1", 3, 6);
    Set set = null;
    // 从下标一开始截取5个元素,但是不返回分数,每一个元索是String
    set = redisTemplate.opsForZSet().range("zset1", 1, 5);
    printSet(set);
    // 截取集合所有元素,并且对集合按分数排序,并返回分数,每一个元素是TypedTuple
    set = redisTemplate.opsForZSet().rangeWithScores("zset1", 0, -1);
    printTypedTuple(set);
    // 将zset1和zset2两个集合的交集放入集合inter_zset
    size = redisTemplate.opsForZSet().intersectAndStore("zset1", "zset2","inter_zset");
    // 区间
    Range range = Range.range();
    range.lt("x8");// 小于
    range.gt("x1"); // 大于
    set = redisTemplate.opsForZSet().rangeByLex("zset1", range);
    printSet(set);
    range.lte("x8"); // 小于等于
    range.gte("xl"); // 大于等于
    set = redisTemplate.opsForZSet().rangeByLex("zset1", range);
    printSet(set);
    // 限制返回个数
    Limit limit = Limit.limit();
    // 限制返回个数
    limit.count(4);
    // 限制从第五个开始截取
    limit.offset(5);
    // 求区间内的元素,并限制返回4条
    set = redisTemplate.opsForZSet().rangeByLex("zset1", range, limit);
    printSet(set);
    // 求排行,排名第1返回0,第2返回1
    Long rank = redisTemplate.opsForZSet().rank("zset1", "x4");
    System.err.println("rank = " + rank);
    // 删除元素,返回删除个数
    size = redisTemplate.opsForZSet().remove("zset1", "x5", "x6");
    System.err.println("delete = " + size);
    // 按照排行删除从0开始算起,这里将删除第排名第2和第3的元素
    size = redisTemplate.opsForZSet().removeRange("zset2", 1, 2);
    // 获取所有集合的元素和分数,以-1代表全部元素
    set = redisTemplate.opsForZSet().rangeWithScores("zset2", 0, -1);
    printTypedTuple(set);
    // 删除指定的元素
    size = redisTemplate.opsForZSet().remove("zset2", "y5", "y3");
    System.err.println(size);
    // 给集合中的一个元素的分数加上11
    Double dbl = redisTemplate.opsForZSet().incrementScore("zset1", "x1",11);
    redisTemplate.opsForZSet().removeRangeByScore("zset1", 1, 2);
    set = redisTemplate.opsForZSet().reverseRangeWithScores("zset2", 1, 10);
    printTypedTuple(set);
}

/**
* 打印TypedTuple集合
* @param set
* -- Set<TypedTuple>
*/
public static void printTypedTuple(Set<TypedTuple> set) {
    if (set != null && set.isEmpty()) {
        return;
    }
    Iterator iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        TypedTuple val = (TypedTuple) iterator.next();
        System.err.print("{value = " + val.getValue() + ", score = "
                + val.getScore() + "}\n");
    }
}

/**
* 打印普通集合
* @param set普通集合
*/
public static void printSet(Set set) {
    if (set != null && set.isEmpty()) {
        return;
    }
    Iterator iterator = set.iterator();
    while (iterator .hasNext()) {
    Object val = iterator.next();
    System. out.print (val +"\t");
    }
    System.out.println();
}
上面的代码演示了大部分 Spring 对有序集合的操作,笔者也给了比较清晰的注释,读者参考后一步步验证,就能熟悉如何通过 Spring 操作有序集合了。

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