從有序集合隨機取一個值，應該用什麼方案？

今天作了一個小實驗，原由以下：

先在redis裏構造了測試數據，以下：

> zadd my_zset_999 1 35570
(integer) 1
> zadd my_zset_999 2 40617
(integer) 1
> zadd my_zset_999 3 40956
(integer) 1
> zadd my_zset_999 4 41151
(integer) 1
>
> zrange my_zset_999 0 -1 WITHSCORES
1) "35570"
2) "1"
3) "40617"
4) "2"
5) "40956"
6) "3"
7) "41151"
8) "4"
>
> zrange my_zset_999 0 -1
1) "35570"
2) "40617"
3) "40956"
4) "41151"

測試方法就是很簡單的計算程序運行時間。

$t1 = microtime(true);
// 代碼片斷
$t2 = microtime(true);
$t = $t2 - $t1;

方法1
zrange key 0 -1 取出全部的值
array_rand() 從數組中隨機取出一個值

方法2
zcount key -inf +inf 計算該集合有多少個元素（cnt）
rand(1, cnt) 生成一個隨機數（random）
zrangebyscore key random random

方法3：對方法2的改造
zcard key 計算該集合有多少個元素（cnt）
rand(1, cnt) 生成一個隨機數（random）
zrangebyscore key random random

方法4：對方法1的改造
zrangebyscore key -inf +inf
array_rand() 從數組中隨機取出一個值

方法 1 和方法 4 都是先取出有序集合的全部值，再隨機取出一個值；
方法 2 和方法 3 則是隨機從有序集合中取出一個值。

下面是各方法的運行時間對比。

方法 2 和方法 3，即 zcount 和 zcard 的運行時間對比：

運行時間對比	方法2/zcount	方法3/zcard
第1次	0.0072240829467773	0.007314920425415
第2次	0.0057311058044434	0.0071389675140381
第3次	0.0065360069274902	0.0071680545806885
第4次	0.0047309398651123	0.0075440406799316
第5次	0.0058040618896484	0.0068428516387939
第6次	0.0068061351776123	0.0073769092559814
第7次	0.0070509910583496	0.0070638656616211
第8次	0.008112907409668	0.0076460838317871
第9次	0.0070209503173828	0.0067050457000732
第10次	0.0069761276245117	0.0073142051696777

能夠看出 zcount 比 zcard 的波動大，且用時長，因此淘汰方法2，這是由於 zcard 的時間複雜度是 O(1)，而 zcount 的時間複雜度是 O(log(N))。

方法 1 和方法 3，即 zrange 和 zrangebyscore 的運行時間對比：

運行時間對比	方法1/zrange	方法3/zrangebyscore
第1次	0.0076210498809814	0.0040271282196045
第2次	0.0066070556640625	0.0056281089782715
第3次	0.0062861442565918	0.0061671733856201
第4次	0.0070350170135498	0.0064809322357178
第5次	0.0070219039916992	0.0068569183349609

能夠看出方法 2 比方法 1 要快一些。那若是把方法 1 改爲用 zrangebyscore 取出全部值，再隨機取元素呢，也就是方法 4，再比較方法 4 和方法 3 的運行時間：

運行時間對比	方法4/zrangebyscore取出數組，隨機取出1一個值	方法3/zrangebyscore根據隨機數取出一個值
第1次	0.0068261623382568	0.0075819492340088
第2次	0.0072751045227051	0.0073590278625488
第3次	0.0055849552154541	0.0072290897369385
第4次	0.0048110485076904	0.0075399875640869
第5次	0.0073840618133545	0.0075678825378418
第6次	0.0072331428527832	0.0072460174560547
第7次	0.007411003112793	0.0074880123138428
第8次	0.0062360763549805	0.007282018661499
第9次	0.0077290534973145	0.0074591636657715
第10次	0.0068199634552002	0.0074419975280762

能夠看到方法 4 比方法 3 快一些，再用 ab 測試工具測一下

# 模擬100個併發用戶，對一個資源發送100個請求。
ab -c 100 -n 100 url

方法 4 的測試結果以下：

Server Software:        nginx/1.15.11
Server Hostname:        127.0.0.1
Server Port:            80

Document Path:          test1.php
Document Length:        38 bytes

Concurrency Level:      100
Time taken for tests:   0.520 seconds
Complete requests:      100
Failed requests:        0
Non-2xx responses:      100
Total transferred:      23400 bytes
HTML transferred:       3800 bytes
Requests per second:    192.25 [#/sec] (mean)
Time per request:       520.161 [ms] (mean)
Time per request:       5.202 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate:          43.93 [Kbytes/sec] received

Connection Times (ms)
              min  mean[+/-sd] median   max
Connect:       18   25   5.6     26      35
Processing:    41  219  87.1    219     359
Waiting:       41  219  87.4    219     359
Total:         60  245  92.3    246     393

Percentage of the requests served within a certain time (ms)
  50%    246
  66%    296
  75%    326
  80%    340
  90%    372
  95%    392
  98%    392
  99%    393
 100%    393 (longest request)

方法 3 的測試結果以下：

Server Software:        nginx/1.15.11
Server Hostname:        127.0.0.1
Server Port:            80

Document Path:          /test2.php
Document Length:        38 bytes

Concurrency Level:      100
Time taken for tests:   0.526 seconds
Complete requests:      100
Failed requests:        0
Non-2xx responses:      100
Total transferred:      23400 bytes
HTML transferred:       3800 bytes
Requests per second:    189.97 [#/sec] (mean)
Time per request:       526.390 [ms] (mean)
Time per request:       5.264 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate:          43.41 [Kbytes/sec] received

Connection Times (ms)
              min  mean[+/-sd] median   max
Connect:       16   23   3.8     25      31
Processing:    36  216  89.5    220     372
Waiting:       36  216  89.2    220     372
Total:         54  239  92.9    245     403

Percentage of the requests served within a certain time (ms)
  50%    245
  66%    295
  75%    316
  80%    333
  90%    362
  95%    374
  98%    402
  99%    403
 100%    403 (longest request)

經過 Time taken for tests、Requests per second 等結果，能夠看出方法 4 比方法 3 的性能更高一些。

也就是先取出全部元素，再隨機取出一個值 和 構造一個隨機數取出一個元素 這兩種方案，前者更好一些。

到這裏就結束了嗎？並無~

最終結果就是不採用有序集合這種數據結構了，用列表或集合這種數據結構便可。由於有序集合 zset 還要構造 score 值，好比插入元素，要查出最大的score值，再加 1。
既然需求只是從一堆元素中隨機取一個值，用列表或集合這種數據結構就能知足所需了。