Redis 中 Sorted-Set時間複雜度和實戰

一、概述：

    Sorted-Sets和Sets型別極為相似，它們都是字串的集合，都不允許重複的成員出現在一個Set中。它們之間的主要差別是Sorted-Sets中的每一個成員都會有一個分數(score)與之關聯，Redis正是通過分數來為集合中的成員進行從小到大的排序。然而需要額外指出的是，儘管Sorted-Sets中的成員必須是唯一的，但是分數(score)卻是可以重複的。
    在Sorted-Set中新增、刪除或更新一個成員都是非常快速的操作，其時間複雜度為集合中成員數量的對數。由於Sorted-Sets中的成員在集合中的位置是有序的，因此，即便是訪問位於集合中部的成員也仍然是非常高效的。事實上，Redis所具有的這一特徵在很多其它型別的資料庫中是很難實現的，換句話說，在該點上要想達到和Redis同樣的高效，在其它資料庫中進行建模是非常困難的。

二、相關命令列表：

命令原型	時間複雜度	命令描述	返回值
ZADD key score member [score] [member]	O(log(N))	時間複雜度中的N表示Sorted-Sets中成員的數量。新增引數中指定的所有成員及其分數到指定key的Sorted-Set中，在該命令中我們可以指定多組score/member作為引數。如果在新增時引數中的某一成員已經存在，該命令將更新此成員的分數為新值，同時再將該成員基於新值重新排序。如果鍵不存在，該命令將為該鍵建立一個新的Sorted-Sets Value，並將score/member對插入其中。如果該鍵已經存在，但是與其關聯的Value不是Sorted-Sets型別，相關的錯誤資訊將被返回。	本次操作實際插入的成員數量。
ZCARD key	O(1)	獲取與該Key相關聯的Sorted-Sets中包含的成員數量。	返回Sorted-Sets中的成員數量，如果該Key不存在，返回0。
ZCOUNTkey min max	O(log(N)+M)	時間複雜度中的N表示Sorted-Sets中成員的數量，M則表示min和max之間元素的數量。該命令用於獲取分數(score)在min和max之間的成員數量。針對min和max引數需要額外說明的是，-inf和+inf分別表示Sorted-Sets中分數的最高值和最低值。預設情況下，min和max表示的範圍是閉區間範圍，即min <= score <= max內的成員將被返回。然而我們可以通過在min和max的前面新增"("字元來表示開區間，如(min max表示min < score <= max，而(min (max表示min < score < max。	分數指定範圍內成員的數量。
ZINCRBYkey increment member	O(log(N))	時間複雜度中的N表示Sorted-Sets中成員的數量。該命令將為指定Key中的指定成員增加指定的分數。如果成員不存在，該命令將新增該成員並假設其初始分數為0，此後再將其分數加上increment。如果Key不存，該命令將建立該Key及其關聯的Sorted-Sets，幷包含引數指定的成員，其分數為increment引數。如果與該Key關聯的不是Sorted-Sets型別，相關的錯誤資訊將被返回。	以字串形式表示的新分數。
ZRANGEkey start stop [WITHSCORES]	O(log(N)+M)	時間複雜度中的N表示Sorted-Set中成員的數量，M則表示返回的成員數量。該命令返回順序在引數start和stop指定範圍內的成員，這裡start和stop引數都是0-based，即0表示第一個成員，-1表示最後一個成員。如果start大於該Sorted-Set中的最大索引值，或start > stop，此時一個空集合將被返回。如果stop大於最大索引值，該命令將返回從start到集合的最後一個成員。如果命令中帶有可選引數WITHSCORES選項，該命令在返回的結果中將包含每個成員的分數值，如value1,score1,value2,score2...。	返回索引在start和stop之間的成員列表。
ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]	O(log(N)+M)	時間複雜度中的N表示Sorted-Set中成員的數量，M則表示返回的成員數量。該命令將返回分數在min和max之間的所有成員，即滿足表示式min <= score <= max的成員，其中返回的成員是按照其分數從低到高的順序返回，如果成員具有相同的分數，則按成員的字典順序返回。可選引數LIMIT用於限制返回成員的數量範圍。可選引數offset表示從符合條件的第offset個成員開始返回，同時返回count個成員。可選引數WITHSCORES的含義參照ZRANGE中該選項的說明。最後需要說明的是引數中min和max的規則可參照命令ZCOUNT。	返回分數在指定範圍內的成員列表。
ZRANK key member	O(log(N))	時間複雜度中的N表示Sorted-Set中成員的數量。Sorted-Set中的成員都是按照分數從低到高的順序儲存，該命令將返回引數中指定成員的位置值，其中0表示第一個成員，它是Sorted-Set中分數最低的成員。	如果該成員存在，則返回它的位置索引值。否則返回nil。
ZREM key member [member ...]	O(M log(N))	時間複雜度中N表示Sorted-Set中成員的數量，M則表示被刪除的成員數量。該命令將移除引數中指定的成員，其中不存在的成員將被忽略。如果與該Key關聯的Value不是Sorted-Set，相應的錯誤資訊將被返回。	實際被刪除的成員數量。
ZREVRANGE key startstop[WITHSCORES]	O(log(N)+M)	時間複雜度中的N表示Sorted-Set中成員的數量，M則表示返回的成員數量。該命令的功能和ZRANGE基本相同，唯一的差別在於該命令是通過反向排序獲取指定位置的成員，即從高到低的順序。如果成員具有相同的分數，則按降序字典順序排序。	返回指定的成員列表。
ZREVRANKkey member	O(log(N))	時間複雜度中的N表示Sorted-Set中成員的數量。該命令的功能和ZRANK基本相同，唯一的差別在於該命令獲取的索引是從高到低排序後的位置，同樣0表示第一個元素，即分數最高的成員。	如果該成員存在，則返回它的位置索引值。否則返回nil。
ZSCOREkey member	O(1)	獲取指定Key的指定成員的分數。	如果該成員存在，以字串的形式返回其分數，否則返回nil。
ZREVRANGEBYSCOREkey max min [WITHSCORES] [LIMIT offset count]	O(log(N)+M)	時間複雜度中的N表示Sorted-Set中成員的數量，M則表示返回的成員數量。該命令除了排序方式是基於從高到低的分數排序之外，其它功能和引數含義均與ZRANGEBYSCORE相同。	返回分數在指定範圍內的成員列表。
ZREMRANGEBYRANKkey start stop	O(log(N)+M)	時間複雜度中的N表示Sorted-Set中成員的數量，M則表示被刪除的成員數量。刪除索引位置位於start和stop之間的成員，start和stop都是0-based，即0表示分數最低的成員，-1表示最後一個成員，即分數最高的成員。	被刪除的成員數量。
ZREMRANGEBYSCOREkey min max	O(log(N)+M)	時間複雜度中的N表示Sorted-Set中成員的數量，M則表示被刪除的成員數量。刪除分數在min和max之間的所有成員，即滿足表示式min <= score <= max的所有成員。對於min和max引數，可以採用開區間的方式表示，具體規則參照ZCOUNT。	被刪除的成員數量。

三、命令示例：

   1. ZADD/ZCARD/ZCOUNT/ZREM/ZINCRBY/ZSCORE/ZRANGE/ZRANK:
    #在Shell的命令列下啟動Redis客戶端工具。
    /> redis-cli
    #新增一個分數為1的成員。
    redis 127.0.0.1:6379> zadd myzset 1 "one"
    (integer) 1
    #新增兩個分數分別是2和3的兩個成員。
    redis 127.0.0.1:6379> zadd myzset 2 "two" 3 "three"
    (integer) 2
    #0表示第一個成員，-1表示最後一個成員。WITHSCORES選項表示返回的結果中包含每個成員及其分數，否則只返回成員。
    redis 127.0.0.1:6379> zrange myzset 0 -1 WITHSCORES
    1) "one"
    2) "1"
    3) "two"
    4) "2"
    5) "three"
    6) "3"
    #獲取成員one在Sorted-Set中的位置索引值。0表示第一個位置。
    redis 127.0.0.1:6379> zrank myzset one
    (integer) 0
    #成員four並不存在，因此返回nil。
    redis 127.0.0.1:6379> zrank myzset four
    (nil)
    #獲取myzset鍵中成員的數量。    
    redis 127.0.0.1:6379> zcard myzset
    (integer) 3
    #返回與myzset關聯的Sorted-Set中，分數滿足表示式1 <= score <= 2的成員的數量。
    redis 127.0.0.1:6379> zcount myzset 1 2
    (integer) 2
    #刪除成員one和two，返回實際刪除成員的數量。
    redis 127.0.0.1:6379> zrem myzset one two
    (integer) 2
    #檢視是否刪除成功。
    redis 127.0.0.1:6379> zcard myzset
    (integer) 1
    #獲取成員three的分數。返回值是字串形式。
    redis 127.0.0.1:6379> zscore myzset three
    "3"
    #由於成員two已經被刪除，所以該命令返回nil。
    redis 127.0.0.1:6379> zscore myzset two
    (nil)
    #將成員one的分數增加2，並返回該成員更新後的分數。
    redis 127.0.0.1:6379> zincrby myzset 2 one
    "3"
    #將成員one的分數增加-1，並返回該成員更新後的分數。
    redis 127.0.0.1:6379> zincrby myzset -1 one
    "2"
    #檢視在更新了成員的分數後是否正確。
    redis 127.0.0.1:6379> zrange myzset 0 -1 WITHSCORES
    1) "one"
    2) "2"
    3) "two"
    4) "2"
    5) "three"
    6) "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
    #獲取分數滿足表示式1 <= score <= 2的成員。
    redis 127.0.0.1:6379> zrangebyscore myzset 1 2
    1) "one"
    2) "two"
    #獲取分數滿足表示式1 < score <= 2的成員。
    redis 127.0.0.1:6379> zrangebyscore myzset (1 2
    1) "two"
    #-inf表示第一個成員，+inf表示最後一個成員，limit後面的引數用於限制返回成員的自己，
    #2表示從位置索引(0-based)等於2的成員開始，去後面3個成員。
    redis 127.0.0.1:6379> zrangebyscore myzset -inf +inf limit 2 3
    1) "three"
    2) "four"
    #刪除分數滿足表示式1 <= score <= 2的成員，並返回實際刪除的數量。
    redis 127.0.0.1:6379> zremrangebyscore myzset 1 2
    (integer) 2
    #看出一下上面的刪除是否成功。
    redis 127.0.0.1:6379> zrange myzset 0 -1
    1) "three"
    2) "four"
    #刪除位置索引滿足表示式0 <= rank <= 1的成員。
    redis 127.0.0.1:6379> zremrangebyrank myzset 0 1
    (integer) 2
    #檢視上一條命令是否刪除成功。
    redis 127.0.0.1:6379> zcard myzset
    (integer) 0
      
   3. ZREVRANGE/ZREVRANGEBYSCORE/ZREVRANK:
    #為後面的示例準備測試資料。
    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
    #以位置索引從高到低的方式獲取並返回此區間內的成員。
    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"
    #由於是從高到低的排序，所以位置等於0的是four，1是three，並以此類推。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrange myzset 1 3
    1) "three"
    2) "two"
    3) "one"
    #由於是從高到低的排序，所以one的位置是3。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrank myzset one
    (integer) 3
    #由於是從高到低的排序，所以four的位置是0。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrank myzset four
    (integer) 0
    #獲取分數滿足表示式3 >= score >= 0的成員，並以相反的順序輸出，即從高到底的順序。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrangebyscore myzset 3 0
    1) "three"
    2) "two"
    3) "one"
    #該命令支援limit選項，其含義等同於zrangebyscore中的該選項，只是在計算位置時按照相反的順序計算和獲取。
    redis 127.0.0.1:6379> zrevrangebyscore myzset 4 0 limit 1 2
    1) "three"
    2) "two"
    
四、應用範圍：

    1). 可以用於一個大型線上遊戲的積分排行榜。每當玩家的分數發生變化時，可以執行ZADD命令更新玩家的分數，此後再通過ZRANGE命令獲取積分TOP TEN的使用者資訊。當然我們也可以利用ZRANK命令通過username來獲取玩家的排行資訊。最後我們將組合使用ZRANGE和ZRANK命令快速的獲取和某個玩家積分相近的其他使用者的資訊。
    2). Sorted-Sets型別還可用於構建索引資料。

轉載：http://www.cnblogs.com/stephen-liu74/archive/2012/03/23/2354994.html