Redis 有序集合 (Zset) 使用教程详解
Redis 不仅支持简单的数据结构如字符串、列表、哈希和集合，还提供了一种非常强大的复合数据结构：有序集合（Sorted Set），在 Redis 中通常称为 Zset。Zset 结合了集合（Set）的唯一性特点和哈希（Hash）的关联性特点，同时为每个成员（Member）关联了一个分数（Score），并根据这个分数对成员进行排序。这使得 Zset 在实现各种排行榜、带有优先级的任务队列、需要按权重或时间排序的数据存储等场景中表现出色。
本文将详细介绍 Redis Zset 的核心概念、常用命令以及典型应用场景，帮助你深入理解和掌握 Zset 的使用。
1. Zset 的核心概念
一个 Zset 数据结构包含以下几个关键组成部分：
- 键 (Key)：一个 Zset 在 Redis 中由一个唯一的键名标识，就像其他所有 Redis 数据结构一样。
- 成员 (Member)：有序集合中的每个元素被称为成员。成员是唯一的，就像 Redis 的 Set 一样，不允许有重复的成员。成员通常是字符串类型。
- 分数 (Score)：与每个成员关联的一个浮点数值。Zset 的核心特性就在于根据这个分数对成员进行排序。分数可以是整数或双精度浮点数。
Zset 的特点总结：
- 唯一性：同一个 Zset 中的成员是唯一的。
- 有序性：Zset 中的成员根据其关联的分数进行排序，分数低的成员排在前面，分数高的成员排在后面。如果两个成员的分数相同，则按成员的字典序（ lexicographical order）进行排序。
- 可查找性：可以通过成员快速查找其对应的分数，也可以通过分数或排名范围查找成员。
2. Zset 的常用命令详解
掌握 Zset 的使用主要依赖于理解和运用其提供的命令。下面我们将介绍一些最常用和关键的 Zset 命令。
2.1 添加/更新成员：ZADD
ZADD 命令用于向有序集合中添加一个或多个成员及其分数。如果成员已经存在，则会更新其分数并重新排序。
redis
ZADD key score1 member1 [score2 member2 ...] [NX | XX] [CH] [INCR]
key: 有序集合的键名。score: 成员的分数，浮点数。member: 成员的值，字符串。NX: 只在成员不存在时添加。XX: 只在成员存在时更新。CH: 返回值从新添加成员的数量变为被改变（新添加或分数被更新）成员的总数。INCR: 将成员的分数加上指定的分数（分数可以是负数，实现减法）。这个选项只能用于一次添加一个成员。
示例：
“`redis
添加多个成员
ZADD myzset 10 “memberA” 20 “memberB” 5 “memberC”
输出：3 (表示成功添加了3个成员)
更新成员A的分数
ZADD myzset 15 “memberA”
输出：0 (因为是更新，不是新增，如果使用了CH选项，会返回1)
尝试添加已存在的成员，但不更新分数 (使用 NX)
ZADD myzset 25 “memberA” NX
输出：0 (因为memberA已存在)
尝试更新不存在的成员 (使用 XX)
ZADD myzset 30 “memberD” XX
输出：0 (因为memberD不存在)
使用 INCR 增加成员B的分数
ZADD myzset INCR 5 “memberB”
输出：25.0 (memberB的新分数为20+5=25)
“`
2.2 获取成员排名（按分数从小到大）：ZRANK
ZRANK 命令用于获取指定成员在有序集合中的排名（从0开始）。排名按分数从小到大计算。
redis
ZRANK key member
key: 有序集合的键名。member: 要查询排名的成员。
示例：
承接上例，myzset 中成员按分数排序（从小到大）为：memberC(5) -> memberA(15) -> memberB(25)。
“`redis
ZRANK myzset “memberC”
输出：0 (memberC是排名第一，索引为0)
ZRANK myzset “memberA”
输出：1 (memberA是排名第二，索引为1)
ZRANK myzset “memberB”
输出：2 (memberB是排名第三，索引为2)
ZRANK myzset “memberX”
输出：(nil) (memberX不存在)
“`
2.3 获取成员排名（按分数从大到小）：ZREVRANK
ZREVRANK 命令与 ZRANK 类似，但排名按分数从大到小计算（最高分排名为0）。
redis
ZREVRANK key member
key: 有序集合的键名。member: 要查询排名的成员。
示例：
承接上例，myzset 中成员按分数排序（从大到小）为：memberB(25) -> memberA(15) -> memberC(5)。
“`redis
ZREVRANK myzset “memberB”
输出：0 (memberB是最高分，排名为0)
ZREVRANK myzset “memberA”
输出：1
ZREVRANK myzset “memberC”
输出：2
“`
2.4 按排名范围获取成员：ZRANGE
ZRANGE 命令用于按排名（索引）范围获取有序集合中的成员。排名按分数从小到大计算。
redis
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]
key: 有序集合的键名。start: 开始索引（0为第一个成员）。stop: 结束索引。start和stop都可以使用负数表示从末尾开始计数，-1表示最后一个成员，-2表示倒数第二个，以此类推。范围是闭区间，包含start和stop对应的成员。WITHSCORES: 可选参数，如果指定，返回结果会包含成员及其对应的分数。
示例：
承接上例，myzset 按分数从小到大：memberC(5) -> memberA(15) -> memberB(25)。
“`redis
ZRANGE myzset 0 2
输出：1) “memberC” 2) “memberA” 3) “memberB” (获取所有成员)
ZRANGE myzset 0 1 WITHSCORES
输出：1) “memberC” 2) “5” 3) “memberA” 4) “15” (获取排名0到1的成员及其分数)
ZRANGE myzset -2 -1
输出：1) “memberA” 2) “memberB” (获取倒数第2到倒数第1的成员)
“`
2.5 按排名范围获取成员（从大到小）：ZREVRANGE
ZREVRANGE 命令与 ZRANGE 类似，但按分数从大到小获取成员范围。
redis
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]
参数含义与 ZRANGE 相同，但索引是针对从大到小排序的列表。
示例：
承接上例，myzset 按分数从大到小：memberB(25) -> memberA(15) -> memberC(5)。
“`redis
ZREVRANGE myzset 0 2
输出：1) “memberB” 2) “memberA” 3) “memberC” (获取所有成员，从最高分到最低分)
ZREVRANGE myzset 0 1 WITHSCORES
输出：1) “memberB” 2) “25” 3) “memberA” 4) “15” (获取排名0到1的成员及其分数)
“`
2.6 按分数范围获取成员：ZRANGEBYSCORE
ZRANGEBYSCORE 命令是 Zset 中非常强大且常用的命令，它允许你根据成员的分数范围来获取成员。
redis
ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]
key: 有序集合的键名。min: 最小分数。max: 最大分数。WITHSCORES: 可选参数，返回结果包含分数。LIMIT offset count: 可选参数，用于分页。从匹配结果的offset位置开始，获取count个成员。
min 和 max 可以是具体的分数，也可以是 -inf (负无穷) 或 +inf (正无穷)。默认情况下，范围是闭区间（包含等于 min 和 max 的成员）。可以使用前缀 ( 表示开区间（不包含等于该值的成员）。
示例：
承接上例，myzset 按分数从小到大：memberC(5) -> memberA(15) -> memberB(25)。
“`redis
获取分数在10到20之间的成员 (包含10和20)
ZRANGEBYSCORE myzset 10 20
输出：1) “memberA”
获取分数大于5小于25的成员 (开区间)
ZRANGEBYSCORE myzset (5 (25
输出：1) “memberA”
获取分数小于等于15的所有成员 (包含负无穷和15)
ZRANGEBYSCORE myzset -inf 15 WITHSCORES
输出：1) “memberC” 2) “5” 3) “memberA” 4) “15”
获取分数大于等于15的所有成员 (包含15和正无穷)
ZRANGEBYSCORE myzset 15 +inf
输出：1) “memberA” 2) “memberB”
获取分数大于5的所有成员，只取前1个 (分页)
ZRANGEBYSCORE myzset (5 +inf LIMIT 0 1
输出：1) “memberA”
“`
2.7 按分数范围获取成员（从大到小）：ZREVRANGEBYSCORE
ZREVRANGEBYSCORE 命令与 ZRANGEBYSCORE 类似，但按分数从大到小获取成员范围。注意 max 参数在前，min 参数在后。
redis
ZREVRANGEBYSCORE key max min [WITHSCORES] [LIMIT offset count]
示例：
承接上例，myzset 按分数从大到小：memberB(25) -> memberA(15) -> memberC(5)。
“`redis
获取分数在20到10之间的成员 (包含20和10)，注意这里是 max min 的顺序
ZREVRANGEBYSCORE myzset 20 10
输出：1) “memberA”
获取分数小于25大于5的成员 (开区间)
ZREVRANGEBYSCORE myzset (25 (5
输出：1) “memberA”
“`
2.8 获取成员分数：ZSCORE
ZSCORE 命令用于获取指定成员的分数。
redis
ZSCORE key member
key: 有序集合的键名。member: 要查询分数的成员。
示例：
“`redis
ZSCORE myzset “memberA”
输出：”15″ (返回分数的字符串表示)
ZSCORE myzset “nonexistent”
输出：(nil) (成员不存在)
“`
2.9 移除成员：ZREM
ZREM 命令用于从有序集合中移除一个或多个成员。
redis
ZREM key member [member ...]
key: 有序集合的键名。member: 要移除的成员。
示例：
“`redis
ZREM myzset “memberC”
输出：1 (表示成功移除了1个成员)
ZREM myzset “memberA” “memberX”
输出：1 (memberA被移除，memberX不存在，所以总共移除1个)
“`
2.10 获取成员数量：ZCARD
ZCARD 命令用于获取有序集合中的成员数量。
redis
ZCARD key
key: 有序集合的键名。
示例：
“`redis
ZCARD myzset
输出：1 (在移除了 memberC 和 memberA 后，myzset 只剩下 memberB)
“`
2.11 统计分数范围内的成员数量：ZCOUNT
ZCOUNT 命令用于统计分数在指定范围内的成员数量。
redis
ZCOUNT key min max
参数含义与 ZRANGEBYSCORE 中的 min 和 max 相同，支持开闭区间和无穷。
示例：
重新添加一些成员：ZADD myzset 10 "m1" 20 "m2" 30 "m3" 40 "m4" 50 "m5"
“`redis
ZCOUNT myzset 20 40
输出：3 (成员 m2, m3, m4 的分数在 [20, 40] 范围内)
ZCOUNT myzset (20 40
输出：2 (成员 m3, m4 的分数在 (20, 40] 范围内)
“`
2.12 按字典序范围获取成员：ZRANGEBYLEX / ZREVRANGEBYLEX
当多个成员拥有相同的分数时，它们会按成员的字典序进行排序。ZRANGEBYLEX 和 ZREVRANGEBYLEX 命令允许你按成员的字典序范围来获取成员。这些命令要求指定的成员范围必须 全部 具有相同的分数，或者在指定分数范围（通常是 -inf 到 +inf）内，所有成员都必须具有相同的分数才能正确使用。它们通常用于对具有相同分数的成员进行进一步的范围查找，或者在所有成员分数都相同时，完全按字典序进行操作。
redis
ZRANGEBYLEX key min max [LIMIT offset count]
ZREVRANGEBYLEX key max min [LIMIT offset count]
min,max: 指定成员的字典序范围。可以使用[表示闭区间，(表示开区间。使用+表示无穷大字符串，-表示无穷小字符串。
示例：
假设我们有一个 Zset，所有成员的分数都是0：ZADD myzset 0 "apple" 0 "banana" 0 "cherry" 0 "date"
“`redis
ZRANGEBYLEX myzset [apple [cherry
输出：1) “apple” 2) “banana” 3) “cherry” (获取字典序在 [apple, cherry] 范围内的成员)
ZRANGEBYLEX myzset (banana +
输出：1) “cherry” 2) “date” (获取字典序大于 banana 的所有成员)
“`
2.13 获取并移除分数最低的成员：ZPOPMIN
ZPOPMIN 命令从有序集合中移除并返回分数最低的成员及其分数。可以指定数量，移除并返回多个分数最低的成员。
redis
ZPOPMIN key [count]
key: 有序集合的键名。count: 要移除并返回的成员数量。
示例：
“`redis
ZADD myzset 10 “m1” 20 “m2” 5 “m0” 30 “m3”
ZPOPMIN myzset
输出：1) “m0” 2) “5” (移除并返回 m0 及其分数 5)
ZPOPMIN myzset 2
输出：1) “m1” 2) “10” 3) “m2” 4) “20” (移除并返回分数最低的两个成员及其分数)
“`
2.14 获取并移除分数最高的成员：ZPOPMAX
ZPOPMAX 命令与 ZPOPMIN 类似，但移除并返回分数最高的成员及其分数。
redis
ZPOPMAX key [count]
示例：
“`redis
ZADD myzset 10 “m1” 20 “m2” 5 “m0” 30 “m3”
ZPOPMAX myzset
输出：1) “m3” 2) “30” (移除并返回 m3 及其分数 30)
“`
2.15 阻塞式获取并移除分数最低的成员：BZPOPMIN
BZPOPMIN 是 ZPOPMIN 的阻塞版本。当指定的有序集合为空时，连接将被阻塞，直到有成员被添加到其中一个有序集合，或者达到指定的超时时间。
redis
BZPOPMIN key [key ...] timeout
key [key ...]: 一个或多个有序集合的键名。timeout: 阻塞的秒数。0 表示永远阻塞。
返回值是包含三部分的数组：被弹出的成员来源的键名、被弹出的成员以及其分数。
2.16 阻塞式获取并移除分数最高的成员：BZPOPMAX
BZPOPMAX 是 ZPOPMAX 的阻塞版本。
redis
BZPOPMAX key [key ...] timeout
参数和返回值类似 BZPOPMIN。
2.17 计算有序集合的并集和交集：ZUNIONSTORE / ZINTERSTORE
这些命令用于计算多个有序集合的并集或交集，并将结果存储到一个新的有序集合中。
redis
ZUNIONSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE SUM|MIN|MAX]
ZINTERSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] [AGGREGATE SUM|MIN|MAX]
destination: 存储结果的有序集合的键名。numkeys: 输入的有序集合数量。key [key ...]: 输入的有序集合的键名。WEIGHTS: 可选参数，为每个输入集合指定一个乘法因子，成员的分数在聚合前会先乘以这个因子。AGGREGATE: 可选参数，指定当一个成员出现在多个输入集合中时，如何计算其最终分数。SUM（默认）将所有分数相加，MIN取最小分数，MAX取最大分数。
示例：
“`redis
ZADD zset1 10 “a” 20 “b”
ZADD zset2 15 “b” 25 “c” 30 “d”
计算并集，分数相加 (默认)
ZUNIONSTORE zset_union 2 zset1 zset2
结果 zset_union: “a”:10, “b”:35, “c”:25, “d”:30
计算交集，取最小分数
ZINTERSTORE zset_inter 2 zset1 zset2 AGGREGATE MIN
结果 zset_inter: “b”:15 (只有”b”同时存在，取 min(20, 15)=15)
计算并集，zset2 的分数乘2，分数相加
ZUNIONSTORE zset_union_weighted 2 zset1 zset2 WEIGHTS 1 2 AGGREGATE SUM
结果 zset_union_weighted: “a”:10, “b”:(20 + 152)=50, “c”:252=50, “d”:30*2=60
“`
3. Zset 的应用场景
Zset 的有序性和分数特性使其非常适合以下场景：
- 排行榜 (Rankings)：这是 Zset 最典型的应用。例如，游戏玩家得分排行榜、网站文章点击量排行榜、商品销量排行榜等。分数就是得分、点击量或销量，成员是玩家ID、文章ID或商品ID。使用
ZADD添加/更新得分，ZREVRANK获取用户排名，ZREVRANGE获取排行榜前N名。 - 优先级队列 (Priority Queues)：将任务作为成员，优先级作为分数。使用
ZADD添加任务，ZPOPMIN获取并移除最高优先级（分数最低）的任务。BZPOPMIN可以实现阻塞等待，适合作为生产者-消费者模型中的任务队列。 - 时间序列数据 (Time Series Data)：将事件作为成员，时间戳作为分数。可以方便地按时间范围 (
ZRANGEBYSCORE) 查询事件。 - 延迟队列 (Delayed Queue)：将任务作为成员，执行时间戳作为分数。使用
ZRANGEBYSCORE查询到达执行时间的任务 (-inf到当前时间戳)，然后使用ZREM移除或ZPOPMIN弹出执行。 - 带权重的标签/分类 (Weighted Tags/Categories)：给内容打标签，标签本身是成员，权重是分数，表示标签与内容的关联度或重要性。
- 限流/滑动窗口 (Rate Limiting/Sliding Window)：可以使用 Zset 存储某个用户在特定时间窗口内的操作记录（时间戳作为分数），然后使用
ZCOUNT统计窗口内的操作次数进行限流判断。
4. Zset 的内部实现与性能
Redis Zset 的内部实现通常结合使用了跳跃表 (Skip List) 和哈希表 (Hash Table)。
- 哈希表 用于存储成员到分数的映射关系，这样可以通过成员 O(1) 的时间复杂度快速查找其分数。
- 跳跃表 用于存储成员到分数的映射关系，并按分数有序排列，这样可以在 O(log N) 的时间复杂度内完成范围查询、排名查询等操作。
当 Zset 中的元素数量较少或者成员字符串较短时，Redis 会采用一种更节省内存的紧凑结构 (ziplist 或 listpack)。当元素数量或成员大小超过一定阈值时，才会转换为跳跃表和哈希表的实现。
大多数 Zset 操作，如 ZADD, ZRANK, ZSCORE, ZREM, ZRANGE, ZRANGEBYSCORE 的时间复杂度都是 O(log N) 或 O(log N + M)（M为返回的元素数量），这使得 Zset 在处理大量数据时依然能保持较高的性能。ZCARD 的时间复杂度是 O(1)。
5. 总结
Redis 的有序集合 (Zset) 是一个功能强大且灵活的数据结构，它通过为每个成员关联一个分数来实现有序存储，并提供了丰富的命令用于成员的添加、移除、查询（按排名或分数范围）、统计等操作。凭借其独特的有序性和高效的底层实现，Zset 在各种需要处理排序数据的应用场景中发挥着核心作用，尤其是在构建排行榜、优先级队列和时间序列相关功能时。理解 Zset 的核心概念和常用命令，将极大地扩展你在使用 Redis 进行应用开发时的能力。
开始实践吧！尝试使用 Redis CLI 或你喜欢的客户端库连接到 Redis，按照上面的命令示例操作 Zset，加深理解。