Redis 中的有序集合详解-JavaScript中文网-JavaScript教程资源分享门户

介绍

Redis 是一款高性能的键值对存储系统，提供了丰富的数据结构，其中包括有序集合（Sorted Set）。有序集合是一种基于哈希表和跳跃表实现的散列表，它可以存储一组带有分数的元素，并且可以按照分数从小到大或者从大到小的顺序排列元素，同时每个元素都有唯一的键值。

有序集合是一个非常实用的数据结构，它可以用来存储排行榜、社交网络关系、优先级队列等需要有序排列的数据。本文将详细讲解 Redis 中的有序集合的使用方法和底层实现原理。

基本操作

有序集合的基本操作包括添加元素、删除元素、更新元素分数、获取元素排名和分数等。下面分别介绍这些操作的使用方法。

添加元素

添加元素的操作可以使用 ZADD 命令，命令格式为：

ZADD key score member [score member ...]

其中，key 是有序集合的键值，score 是元素的分数，member 是元素的键值。可以通过多次指定 score 和 member 参数添加多个元素：

redis> ZADD myset 1 "one"
(integer) 1

redis> ZADD myset 2 "two" 3 "three"
(integer) 2

删除元素

删除元素的操作可以使用 ZREM 命令，命令格式为：

ZREM key member [member ...]

其中，key 是有序集合的键值，member 是要删除的元素的键值。可以同时删除多个元素：

redis> ZREM myset "one" "two"
(integer) 2

更新元素分数

更新元素分数的操作可以使用 ZINCRBY 命令，命令格式为：

ZINCRBY key increment member

其中，key 是有序集合的键值，increment 是要增加的分数（可以是负数），member 是要更新的元素的键值。如果元素不存在，会自动添加并设置初始分数为 increment：

redis> ZADD myset 1 "one"
(integer) 1

redis> ZINCRBY myset 2 "one"
"3"

获取元素排名

获取元素排名的操作可以使用 ZRANK 命令和 ZREVRANK 命令，命令格式分别为：

ZRANK key member
ZREVRANK key member

其中，key 是有序集合的键值，member 是要查询排名的元素的键值。ZRANK 命令返回元素在有序集合中从小到大排列的排名（排名从 0 开始计数），ZREVRANK 命令返回元素在有序集合中从大到小排列的排名。

redis> ZADD myset 20 "one" 30 "two" 10 "three"
(integer) 3

redis> ZRANK myset "two"
(integer) 2

redis> ZREVRANK myset "two"
(integer) 0

获取元素分数

获取元素分数的操作可以使用 ZSCORE 命令，命令格式为：

ZSCORE key member

其中，key 是有序集合的键值，member 是要查询分数的元素的键值。如果元素不存在，返回 nil。

redis> ZADD myset 20 "one" 30 "two" 10 "three"
(integer) 3

redis> ZSCORE myset "two"
"30"

底层实现原理

有序集合的底层实现基于哈希表和跳跃表两种数据结构。

哈希表负责元素的键值到元素本身的映射，每个元素对应着一个哈希表的键值对。为了支持元素的分数排序，每次添加元素的同时会将元素键值和分数作为参数，将它们以字典序递增的方式拼接成字符串，然后将该字符串作为哈希表的键值，元素本身作为哈希表的值。

跳跃表负责元素的分数排序和排名计算，每个元素对应着一个跳跃表的节点。跳跃表是一种基于多层链表的数据结构，每一层都是一个有序的单链表，每个节点包括若干个指向下一层节点的指针。在查询元素排名时，可以从跳跃表的最高层开始，沿着对应元素分数递减的路径遍历跳跃表，直到找到对应元素的节点，统计该节点之前的元素个数即可得到排名。

示例代码

下面是一个使用有序集合的示例程序，它模拟从数亿条日志中提取前 10 名的关键词排名。假设每个日志的格式如下：

2022-01-01 08:00:00 INFO [http-nio-8080-exec-10] com.example.MyController - search keyword="apple" time=100ms

程序通过正则表达式解析每个日志中的关键词和查询时间，并使用有序集合记录每个关键词的查询次数和平均查询时间。最后，程序从有序集合中查询前 10 名关键词及其排名、查询次数和平均查询时间，输出到控制台。

// www.javascriptcn.com code example
const redis = require("redis");
const client = redis.createClient();

const log_regex = /keyword="(.*?)" time=(\d+)ms/;

// 解析日志并更新有序集合的元素分数和值
function update_word_stats(log) {
  const match = log_regex.exec(log);
  if (!match) return;
  const word = match[1];
  const time = parseInt(match[2]);

  client.zincrby("word_rank", 1, word); // 自增查询次数
  client.zincrby("word_time", time, word); // 自增查询时间
}

// 输出前 10 名关键词及其排名、查询次数和平均查询时间
function print_word_rank() {
  client.zrevrange("word_rank", 0, 9, "withscores", function(err, reply) {
    if (err) throw err;
    console.log("Keyword Rank:");
    let rank = 1;
    for (let i = 0; i < reply.length; i += 2) {
      const word = reply[i];
      const count = parseInt(reply[i + 1]);
      client.zscore("word_time", word, function(err, reply) {
        if (err) throw err;
        const time = parseInt(reply) / count;
        console.log(`${rank}. ${word} (${count} times, ${time.toFixed(2)}ms/time)`);
        rank++;
      });
    }
  });
}

// 读取日志文件并逐行解析
const readline = require("readline");
const fs = require("fs");
const rl = readline.createInterface({
  input: fs.createReadStream("logs.txt")
});
rl.on("line", update_word_stats);
rl.on("close", print_word_rank);

在使用该示例程序前，需要先创建一个名为 word_rank 的有序集合和一个名为 word_time 的有序集合：

redis-cli> ZADD word_rank 0
redis-cli> ZADD word_time 0

启动程序后，它会从 logs.txt 文件中读取日志并更新有序集合。当所有日志都读取完成后，它会从有序集合中查询前 10 名关键词并输出到控制台。

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