Redis Zset詳解：排行榜絕佳選擇
最近我們發布了一款新的app，其中包含一個搜索功能。在搜索時，會給用戶展示四個熱門搜索詞匯。我們利用 Redis 的有序集合（zset）實現了這一功能。由于應用程序剛剛上線并且尚未大力推廣，所以熱門搜索詞匯顯示的是我們隨手測試詞匯，如測試、test、111等。這會給人一種不夠專業的印象。為了提升產品形象，我們計劃通過后臺刪除這些測試的詞匯，使熱門搜索詞匯更加貼近實際使用情況。今天，我將與大家分享在 Redis 命令行中操作有序集合（zset）的命令，以及我們實現熱門搜索詞匯功能的思路。
Redis ZSET 詳解
Redis 中的 ZSET（有序集合）是一種有序的數據結構，它類似于 SET（集合），但每個成員都關聯著一個分數（score），通過分數來進行排序。這使得 ZSET 既可以像 SET 一樣快速查找成員，又可以按照分數從小到大或從大到小進行排序。
ZSET 的特點包括：
- 有序性：成員按照分數的順序排列，可以進行范圍查詢和排名操作。
- 唯一性：每個成員都是唯一的，但不同成員可以有相同的分數。
- 快速查找：和 SET 類似，ZSET 也可以在 O(1) 的時間復雜度內查找單個成員。
- 分數（score）更新：可以對成員的分數進行增加或減少操作，同時保持排序。
ZSET 的底層實現會根據實際的情況選擇ziplist(壓縮列表)/listpack(緊湊列表)(redis7.0已經將 listpack 完整替代 ziplis) 或者skiplist(跳躍表),Redis 會根據實際情況動態地在這兩種底層結構之間切換，使得其在內存和性能之間平衡。這是由兩個配置參數：zset-max-ziplist-entries 和 zset-max-ziplist-value控制的，其默認值為128和64。當 Zset 存儲的元素數量超過zset-max-ziplist-entries的值或者最長元素的長度超過 zset-max-ziplist-value的值的時候Redis 會將底層結構從壓縮列表/緊湊列表轉換為跳躍表。壓縮列表/緊湊列表占用的內存比較少，但是修改數據時可能會對整個列表進行重寫，性能較低； 跳躍表的查找和修改數據的性能較高，但是占用的內存也較多。
我們在redis 命令行中可以通過以下命令查看 zset的配置參數：
config get zset*
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Redis ZSET 使用場景
- 排行榜
Redis 的zset是設計實時排行的絕佳選擇，我們可以使用它來完成各種排行榜、熱門詞匯等場景的實現。我們app的熱搜詞匯也是通過zset實現的，本文中也將介紹熱搜詞匯的實現方式。
- 延時隊列
我們可以將時間戳設置為zset的score，延時處理的任務作為元素，定期或者循環掃描zset來處理到達時間的任務。
- 滑動窗口限流
我們可以將接口地址設置為zset的key,時間戳設置為zset的score，使用uuid作為元素，那么我們可以通過zset獲取到 score固定窗口范圍的時間內的請求數來達到限流的目的。
REDISSON 操作ZSET數據
代碼如下：
package cn.xj.xjdoc.redis.zset;
import jakarta.annotation.Resource;
import org.redisson.api.RScoredSortedSet;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.client.protocol.ScoredEntry;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.stereotype.Service;
import java.util.Collection;
@Service
public class ZSETService {
private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(ZSETService.class);
@Resource
private RedissonClient redissonClient;
public void operation(){
String zsetKey = "xjzset";
RScoredSortedSet<String> zset = redissonClient.getScoredSortedSet(zsetKey);
//添加元素
zset.add(1.0, "修己xj1");
zset.add(2.0, "修己xj2");
zset.add(3.0, "修己xj3");
zset.add(4.0, "修己xj4");
// 獲取ZSET中指定成員的分數
Double score = zset.getScore("修己xj2");
log.info("1、獲取ZSET中指定成員的分數:{}",score);
//獲取ZSET中指定成員的排名（分數從小到大排序）
Integer rank = zset.rank("修己xj3");
log.info("2、獲取ZSET中指定成員的排名（分數從小到大排序）:{}",rank);
//獲取ZSET中指定成員的排名（分數從大到小排序）
Integer reverseRank = zset.revRank("修己xj4");
log.info("3、獲取ZSET中指定成員的排名（分數從大到小排序）:{}",reverseRank);
// 獲取ZSET中指定排名范圍內的成員（分數從小到大排序）
Collection<String> membersInRange = zset.valueRange(0, 1);
membersInRange.forEach(o->log.info("4、獲取ZSET中指定排名范圍內的成員（分數從小到大排序）:{}",o));
// 獲取ZSET中指定排名范圍內的成員（分數從大到小排序）
Collection<String> membersInRangeRever = zset.valueRangeReversed(0, 1);
membersInRangeRever.forEach(o->log.info("5、獲取ZSET中指定排名范圍內的成員（分數從大到小排序）:{}",o));
//獲取ZSET中指定分數范圍內的成員（分數從小到大排序）
Collection<String> membersInScoreRange = zset.valueRange(2.0, true, 3.0, true);
membersInScoreRange.forEach(o->log.info("6、獲取ZSET中指定分數范圍內的成員（分數從小到大排序）:{}",o));
//獲取ZSET中指定分數范圍內的成員（分數從大到小排序）
Collection<String> membersInScoreRever = zset.valueRangeReversed(2.0, true, 3.0, true);
membersInScoreRever.forEach(o->log.info("7、獲取ZSET中指定分數范圍內的成員（分數從大到小排序）:{}",o));
//獲取ZSET中指定排名范圍內的成員及其分數
Collection<ScoredEntry<String>> membersWithScoresInRange = zset.entryRange(0, 1);
membersWithScoresInRange.forEach(o->log.info("8、獲取ZSET中指定排名范圍內的成員及其分數,成員：{}，分數",o.getValue(),o.getScore()));
//獲取ZSET中指定分數范圍內的成員及其分數
Collection<ScoredEntry<String>> membersWithScoresInScoreRange = zset.entryRange(3.0, true, 4.0, true);
membersWithScoresInScoreRange.forEach(o->log.info("9、獲取ZSET中指定分數范圍內的成員及其分數,成員：{}，分數",o.getValue(),o.getScore()));
//
Double newScore = zset.addScore("修己xj4", 1);
log.info("10、增加1之后指定成員的分數:{}",newScore);
//刪除ZSET 中的指定成員
Boolean removedFlag = zset.remove("修己xj3");
log.info("11、刪除ZSET 中的指定成員:{}",removedFlag);
//刪除指定排名范圍內的成員
Integer removedByRangeCount = zset.removeRangeByRank(0, 1);
log.info("12、刪除指定排名范圍內的成員數量:{}",removedByRangeCount);
//刪除指定分數范圍內的成員
Integer removedByScoreCount = zset.removeRangeByScore(3.0, true, 4.0, true);
log.info("13、刪除指定分數范圍內的成員數量:{}",removedByScoreCount);
}
}執行結果如下：
1、獲取ZSET中指定成員的分數:2.0
2、獲取ZSET中指定成員的排名（分數從小到大排序）:2
3、獲取ZSET中指定成員的排名（分數從大到小排序）:0
4、獲取ZSET中指定排名范圍內的成員（分數從小到大排序）:修己xj1
4、獲取ZSET中指定排名范圍內的成員（分數從小到大排序）:修己xj2
5、獲取ZSET中指定排名范圍內的成員（分數從大到小排序）:修己xj4
5、獲取ZSET中指定排名范圍內的成員（分數從大到小排序）:修己xj3
6、獲取ZSET中指定分數范圍內的成員（分數從小到大排序）:修己xj2
6、獲取ZSET中指定分數范圍內的成員（分數從小到大排序）:修己xj3
7、獲取ZSET中指定分數范圍內的成員（分數從大到小排序）:修己xj3
7、獲取ZSET中指定分數范圍內的成員（分數從大到小排序）:修己xj2
8、獲取ZSET中指定排名范圍內的成員及其分數,成員：修己xj1，分數
8、獲取ZSET中指定排名范圍內的成員及其分數,成員：修己xj2，分數
9、獲取ZSET中指定分數范圍內的成員及其分數,成員：修己xj3，分數
9、獲取ZSET中指定分數范圍內的成員及其分數,成員：修己xj4，分數
10、增加1之后指定成員的分數:5.0
11、刪除ZSET 中的指定成員:true
12、刪除指定排名范圍內的成員數量:2
13、刪除指定分數范圍內的成員數量:0命令行操作ZSET數據
- zadd 添加成員
zadd xjzset 1 "修己xj1" 2 "修己xj2" 3 "修己xj3" 4 "修己xj4"- zscore 獲取指定成員的分數
zscore xjzset '修己xj2'- zrank 獲取指定成員的排名（分數從小到大排序）
zrank xjzset 修己xj3- zrevrank 獲取指定成員的排名（分數從大到小排序）
zrevrank xjzset 修己xj3- zrange/zrevrange 獲取ZSET中指定排名范圍內的成員 zrange:分數從小到大排序,我們加了一些測試數據，如下
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zrevrange:分數從大到小排序
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zrange key start stop [withscores]
zrevrange key start stop [withscores]其中，key是zset的鍵名，start是起始索引，stop結束索引，withscores表示是否同時返回分數。可以使用負數索引表示從末尾開始，比如-1表示最后一個元素。zrange key 0 -1 則會顯示出所有元素
zrange xjzset 1 2 withscores- zrangebyscore/zrevrangebyscore 獲取ZSET中指定分數score范圍內的成員 zrangebyscore:分數從小到大排序,zrevrangebyscore:分數從大到小排序
zrangebyscore key min max [withscores]
zrevrangebyscore key max min [withscores]其中，key是zset的鍵名，min 和 max 表示score的范圍，范圍為閉區間，withscores表示是否同時返回分數。
zrangebyscore xjzset 2.5 3.5 withscores- zincrby 將指定成員的分數增加指定的值
zincrby xjzset 1 修己xj3注： 進行double的值的運算時可能會丟失精度，如果對score進行運算時盡可能使用整數運算。
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- zcard 返回zset中成員的數量
zcard xjzset- zcount 獲取指定范圍分數內的成員的數量
zcount key min max其中，key是zset的鍵名，min 和 max 表示score的范圍，范圍為閉區間。
zcount xjzset 0 2- zrem 刪除指定成員
zrem xjzset- zremrangebyrank 刪除指定排名范圍內的成員
zremrangebyrank key start stop其中，key是zset的鍵名，start是起始索引，stop結束索引。
zremrangebyrank xjzset 1 1- zremrangebyscore 刪除指定分數范圍內的成員
zremrangebyscore key min max其中，key是zset的鍵名，min 和 max 表示score的范圍，范圍為閉區間。
zremrangebyscore xjzset 0 3
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熱搜詞匯功能實現
我們設計思路是 將每個搜索詞作為有序集合的成員，而搜索次數作為成員的分數，每次搜索的時候對這個搜索詞的分數加1，這樣可以根據搜索次數對熱搜詞進行排序。
- 搜索接口
public String keySearch(String keyStr){
String hotSearchKey = "xj_hotSearch";
RScoredSortedSet<String> hotSearchZSet = redissonClient.getScoredSortedSet(hotSearchKey);
//更新zset中當前搜索詞的搜索次數
hotSearchZSet.addScore(keyStr,1);
//搜索邏輯
//doSearch(keyStr);
return keyStr;
}- 熱搜詞匯查詢接口
public Collection<String> hotSearch(){
String hotSearchKey = "xj_hotSearch";
RScoredSortedSet<String> hotSearchZSet = redissonClient.getScoredSortedSet(hotSearchKey);
//獲取zset中點擊次數排名前5的數據
Collection<String> hotList= hotSearchZSet.valueRangeReversed(0,4);
return hotList;
}我們加了一些測試數據，如下
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總結
通過本文的介紹，你學會了如何利用Spring Boot和Redis的ZSET數據結構實現熱門搜索功能，并深入了解了熱搜詞匯的實現細節。通過合理的設計和優化，可以為用戶提供更好的搜索體驗，同時也提升了應用程序的性能和可擴展性。
