Redis Zset详解:排行榜绝佳选择

开发 前端
通过本文的介绍,你学会了如何利用Spring Boot和Redis的ZSET数据结构实现热门搜索功能,并深入了解了热搜词汇的实现细节。

最近我们发布了一款新的app,其中包含一个搜索功能。在搜索时,会给用户展示四个热门搜索词汇。我们利用 Redis 的有序集合(zset)实现了这一功能。由于应用程序刚刚上线并且尚未大力推广,所以热门搜索词汇显示的是我们随手测试词汇,如测试、test、111等。这会给人一种不够专业的印象。为了提升产品形象,我们计划通过后台删除这些测试的词汇,使热门搜索词汇更加贴近实际使用情况。今天,我将与大家分享在 Redis 命令行中操作有序集合(zset)的命令,以及我们实现热门搜索词汇功能的思路。

Redis ZSET 详解

Redis 中的 ZSET(有序集合)是一种有序的数据结构,它类似于 SET(集合),但每个成员都关联着一个分数(score),通过分数来进行排序。这使得 ZSET 既可以像 SET 一样快速查找成员,又可以按照分数从小到大或从大到小进行排序。

ZSET 的特点包括:

  • 有序性:成员按照分数的顺序排列,可以进行范围查询和排名操作。
  • 唯一性:每个成员都是唯一的,但不同成员可以有相同的分数。
  • 快速查找:和 SET 类似,ZSET 也可以在 O(1) 的时间复杂度内查找单个成员。
  • 分数(score)更新:可以对成员的分数进行增加或减少操作,同时保持排序。

ZSET 的底层实现会根据实际的情况选择ziplist(压缩列表)/listpack(紧凑列表)(redis7.0已经将 listpack 完整替代 ziplis) 或者skiplist(跳跃表),Redis 会根据实际情况动态地在这两种底层结构之间切换,使得其在内存和性能之间平衡。这是由两个配置参数:zset-max-ziplist-entries 和 zset-max-ziplist-value控制的,其默认值为128和64。当 Zset 存储的元素数量超过zset-max-ziplist-entries的值或者最长元素的长度超过 zset-max-ziplist-value的值的时候Redis 会将底层结构从压缩列表/紧凑列表转换为跳跃表。压缩列表/紧凑列表占用的内存比较少,但是修改数据时可能会对整个列表进行重写,性能较低; 跳跃表的查找和修改数据的性能较高,但是占用的内存也较多。

我们在redis 命令行中可以通过以下命令查看 zset的配置参数:

config get zset*

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Redis ZSET 使用场景

  • 排行榜

Redis 的zset是设计实时排行的绝佳选择,我们可以使用它来完成各种排行榜、热门词汇等场景的实现。我们app的热搜词汇也是通过zset实现的,本文中也将介绍热搜词汇的实现方式。

  • 延时队列

我们可以将时间戳设置为zset的score,延时处理的任务作为元素,定期或者循环扫描zset来处理到达时间的任务。

  • 滑动窗口限流

我们可以将接口地址设置为zset的key,时间戳设置为zset的score,使用uuid作为元素,那么我们可以通过zset获取到 score固定窗口范围的时间内的请求数来达到限流的目的。

REDISSON 操作ZSET数据

代码如下:

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");
        // 获取ZSET中指定成员的分数
        Double score = zset.getScore("修己xj2");
        log.info("1、获取ZSET中指定成员的分数:{}",score);

        //获取ZSET中指定成员的排名(分数从小到大排序)
        Integer rank = zset.rank("修己xj3");
        log.info("2、获取ZSET中指定成员的排名(分数从小到大排序):{}",rank);

        //获取ZSET中指定成员的排名(分数从大到小排序)
        Integer reverseRank = zset.revRank("修己xj4");
        log.info("3、获取ZSET中指定成员的排名(分数从大到小排序):{}",reverseRank);

        // 获取ZSET中指定排名范围内的成员(分数从小到大排序)
        Collection<String> membersInRange = zset.valueRange(0, 1);
        membersInRange.forEach(o->log.info("4、获取ZSET中指定排名范围内的成员(分数从小到大排序):{}",o));

        // 获取ZSET中指定排名范围内的成员(分数从大到小排序)
        Collection<String> membersInRangeRever = zset.valueRangeReversed(0, 1);
        membersInRangeRever.forEach(o->log.info("5、获取ZSET中指定排名范围内的成员(分数从大到小排序):{}",o));

        //获取ZSET中指定分数范围内的成员(分数从小到大排序)
        Collection<String> membersInScoreRange = zset.valueRange(2.0, true, 3.0, true);
        membersInScoreRange.forEach(o->log.info("6、获取ZSET中指定分数范围内的成员(分数从小到大排序):{}",o));

        //获取ZSET中指定分数范围内的成员(分数从大到小排序)
        Collection<String> membersInScoreRever = zset.valueRangeReversed(2.0, true, 3.0, true);
        membersInScoreRever.forEach(o->log.info("7、获取ZSET中指定分数范围内的成员(分数从大到小排序):{}",o));

        //获取ZSET中指定排名范围内的成员及其分数
        Collection<ScoredEntry<String>> membersWithScoresInRange = zset.entryRange(0, 1);
        membersWithScoresInRange.forEach(o->log.info("8、获取ZSET中指定排名范围内的成员及其分数,成员:{},分数",o.getValue(),o.getScore()));

        //获取ZSET中指定分数范围内的成员及其分数
        Collection<ScoredEntry<String>> membersWithScoresInScoreRange = zset.entryRange(3.0, true, 4.0, true);
        membersWithScoresInScoreRange.forEach(o->log.info("9、获取ZSET中指定分数范围内的成员及其分数,成员:{},分数",o.getValue(),o.getScore()));

        //

        Double newScore = zset.addScore("修己xj4", 1);
        log.info("10、增加1之后指定成员的分数:{}",newScore);

        //删除ZSET 中的指定成员
        Boolean removedFlag = zset.remove("修己xj3");
        log.info("11、删除ZSET 中的指定成员:{}",removedFlag);

        //删除指定排名范围内的成员
        Integer removedByRangeCount = zset.removeRangeByRank(0, 1);
        log.info("12、删除指定排名范围内的成员数量:{}",removedByRangeCount);

        //删除指定分数范围内的成员
        Integer removedByScoreCount = zset.removeRangeByScore(3.0, true, 4.0, true);
        log.info("13、删除指定分数范围内的成员数量:{}",removedByScoreCount);
    }

}

执行结果如下:

1、获取ZSET中指定成员的分数:2.0
2、获取ZSET中指定成员的排名(分数从小到大排序):2
3、获取ZSET中指定成员的排名(分数从大到小排序):0
4、获取ZSET中指定排名范围内的成员(分数从小到大排序):修己xj1
4、获取ZSET中指定排名范围内的成员(分数从小到大排序):修己xj2
5、获取ZSET中指定排名范围内的成员(分数从大到小排序):修己xj4
5、获取ZSET中指定排名范围内的成员(分数从大到小排序):修己xj3
6、获取ZSET中指定分数范围内的成员(分数从小到大排序):修己xj2
6、获取ZSET中指定分数范围内的成员(分数从小到大排序):修己xj3
7、获取ZSET中指定分数范围内的成员(分数从大到小排序):修己xj3
7、获取ZSET中指定分数范围内的成员(分数从大到小排序):修己xj2
8、获取ZSET中指定排名范围内的成员及其分数,成员:修己xj1,分数
8、获取ZSET中指定排名范围内的成员及其分数,成员:修己xj2,分数
9、获取ZSET中指定分数范围内的成员及其分数,成员:修己xj3,分数
9、获取ZSET中指定分数范围内的成员及其分数,成员:修己xj4,分数
10、增加1之后指定成员的分数:5.0
11、删除ZSET 中的指定成员:true
12、删除指定排名范围内的成员数量:2
13、删除指定分数范围内的成员数量:0

命令行操作ZSET数据

  • zadd 添加成员
zadd xjzset 1 "修己xj1" 2 "修己xj2" 3 "修己xj3" 4 "修己xj4"
  • zscore 获取指定成员的分数
zscore xjzset '修己xj2'
  • zrank 获取指定成员的排名(分数从小到大排序)
zrank xjzset 修己xj3
  • zrevrank 获取指定成员的排名(分数从大到小排序)
zrevrank xjzset 修己xj3
  • zrange/zrevrange 获取ZSET中指定排名范围内的成员   zrange:分数从小到大排序,我们加了一些测试数据,如下

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zrevrange:分数从大到小排序

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zrange key start stop [withscores]

zrevrange key start stop [withscores]

其中,key是zset的键名,start是起始索引,stop结束索引,withscores表示是否同时返回分数。可以使用负数索引表示从末尾开始,比如-1表示最后一个元素。zrange key 0 -1 则会显示出所有元素

zrange xjzset 1 2 withscores
  • zrangebyscore/zrevrangebyscore 获取ZSET中指定分数score范围内的成员  zrangebyscore:分数从小到大排序,zrevrangebyscore:分数从大到小排序
zrangebyscore key min max [withscores]

zrevrangebyscore key max min [withscores]

其中,key是zset的键名,min 和 max 表示score的范围,范围为闭区间,withscores表示是否同时返回分数。

zrangebyscore xjzset 2.5 3.5 withscores
  • zincrby 将指定成员的分数增加指定的值
zincrby xjzset  1  修己xj3

注: 进行double的值的运算时可能会丢失精度,如果对score进行运算时尽可能使用整数运算。

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  • zcard 返回zset中成员的数量
zcard xjzset
  • zcount 获取指定范围分数内的成员的数量
zcount key min max

其中,key是zset的键名,min 和 max 表示score的范围,范围为闭区间。

zcount  xjzset 0 2
  • zrem 删除指定成员
zrem  xjzset
  • zremrangebyrank  删除指定排名范围内的成员
zremrangebyrank key start stop

其中,key是zset的键名,start是起始索引,stop结束索引。

zremrangebyrank xjzset 1 1
  • zremrangebyscore 删除指定分数范围内的成员
zremrangebyscore key min max

其中,key是zset的键名,min 和 max 表示score的范围,范围为闭区间。

zremrangebyscore  xjzset 0 3

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热搜词汇功能实现

我们设计思路是 将每个搜索词作为有序集合的成员,而搜索次数作为成员的分数,每次搜索的时候对这个搜索词的分数加1,这样可以根据搜索次数对热搜词进行排序。

  • 搜索接口
public String keySearch(String keyStr){

    String hotSearchKey = "xj_hotSearch";
    RScoredSortedSet<String> hotSearchZSet = redissonClient.getScoredSortedSet(hotSearchKey);
    //更新zset中当前搜索词的搜索次数
    hotSearchZSet.addScore(keyStr,1);
    //搜索逻辑
    //doSearch(keyStr);
    return keyStr;
}
  • 热搜词汇查询接口
public Collection<String> hotSearch(){
    String hotSearchKey = "xj_hotSearch";
    RScoredSortedSet<String> hotSearchZSet = redissonClient.getScoredSortedSet(hotSearchKey);
    //获取zset中点击次数排名前5的数据
    Collection<String> hotList= hotSearchZSet.valueRangeReversed(0,4);
    return hotList;
}

我们加了一些测试数据,如下

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总结

通过本文的介绍,你学会了如何利用Spring Boot和Redis的ZSET数据结构实现热门搜索功能,并深入了解了热搜词汇的实现细节。通过合理的设计和优化,可以为用户提供更好的搜索体验,同时也提升了应用程序的性能和可扩展性。

责任编辑:武晓燕 来源: 修己xj
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