深刻剖析Redis系列(八) - Redis數據結構之集合

時間 2019-11-07

標籤深刻剖析 redis 系列數據結構集合欄目 Redis 简体版

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前言

集合（set）類型也是用來保存多個 字符串元素，但和 列表類型 不同的是，集合中 不容許有重複元素，而且集合中的元素是 無序的，不能經過 索引下標 獲取元素。編程

如圖所示，集合 user:1:follow 包含着 "it"、"music"、"his"、"sports" 四個元素，一個集合最多能夠存儲 2 ^ 32 - 1 個元素。Redis 除了支持 集合內 的 增刪改查，同時還支持 多個集合 取交集、並集、差集。合理地使用好集合類型，能在實際開發中解決不少實際問題。後端

其餘文章

正文

1. 相關命令

1.1. 集合內的操做命令

1.1.1. 添加元素

sadd key element [element ...]

返回結果爲添加成功的 元素個數，例如：

127.0.0.1:6379> exists myset
(integer) 0
127.0.0.1:6379> sadd myset a b c
(integer) 3
127.0.0.1:6379> sadd myset a b
(integer) 0
複製代碼

1.1.2. 刪除元素

srem key element [element ...]

返回結果爲成功刪除 元素個數，例如：

127.0.0.1:6379> srem myset a b
(integer) 2
127.0.0.1:6379> srem myset hello
(integer) 0
複製代碼

1.1.3. 計算元素個數

scard key

scard 的 時間複雜度 爲 O（1），它 不會遍歷 集合全部元素，而是直接用 Redis 的內部的變量，例如：

127.0.0.1:6379> scard myset
(integer) 1
複製代碼

1.1.4. 判斷元素是否在集合中

sismember key element

若是給定元素 element 在集合內返回 1，反之返回 0。

127.0.0.1:6379> sismember myset c
(integer) 1
複製代碼

1.1.5. 隨機從集合返回指定個數元素

srandmember key [count]

[count] 是 可選參數，若是不寫默認爲 1。

127.0.0.1:6379> srandmember myset 2
1) "a"
2) "c"
127.0.0.1:6379> srandmember myset
"d"
複製代碼

1.1.6. 從集合隨機彈出元素

spop key

spop 操做能夠從集合中 隨機彈出 一個元素，例以下面代碼是一次 spop 後，集合元素 變爲 "d b a"。

127.0.0.1:6379> spop myset
"c"
127.0.0.1:6379> smembers myset
1) "d"
2) "b"
3) "a"
複製代碼

注意：Redis 從 3.2 版本開始， spop 也支持 [count] 參數。

srandmember 和 spop 都是隨機從集合選出元素，二者不一樣的是 spop 命令執行後，元素會從集合中刪除，而 srandmember 不會刪除元素。

1.1.7. 獲取全部元素

smembers key

下面代碼獲取集合 myset 的 全部元素，而且 返回結果 是 無序的。

127.0.0.1:6379> smembers myset
1) "d"
2) "b"
3) "a"
複製代碼

smembers 和 lrange、hgetall 都屬於 比較重 的命令，若是 元素過多 存在阻塞 Redis 的可能性，這時候能夠使用 sscan 命令來完成。

1.2. 集合間的操做命令

如今有 兩個集合，它們分別是 user:1:follow 和 user:2:follow。

127.0.0.1:6379> sadd user:1:follow it music his sports
(integer) 4
127.0.0.1:6379> sadd user:2:follow it news ent sports
(integer) 4
複製代碼

1.2.1. 求多個集合的交集

sinter key [key ...]

下面的代碼是求 user:1:follow 和 user:2:follow 兩個集合的交集，返回結果是 sports、it。

127.0.0.1:6379> sinter user:1:follow user:2:follow
1) "sports"
2) "it"
複製代碼

1.2.2. 求多個集合的並集

suinon key [key ...]

下面的代碼是求 user:1:follow 和 user:2:follow 兩個集合的並集，返回結果是 sports、it、his、news、music、ent。

127.0.0.1:6379> sunion user:1:follow user:2:follow
1) "sports"
2) "it"
3) "his"
4) "news"
5) "music"
6) "ent"
複製代碼

1.2.3. 求多個集合的差集

sdiff key [key ...]

下面的代碼是求 user:1:follow 和 user:2:follow 兩個集合的差集，返回結果是 music和 his。

127.0.0.1:6379> sdiff user:1:follow user:2:follow
1) "music"
2) "his"
複製代碼

前面三個求交集、並集和差集的操做獲得的結果，如圖所示：

1.2.4. 將交集、並集、差集的結果保存

集合間 的運算在 元素較多 的狀況下會 比較耗時，因此 Redis 提供瞭如下 三個命令（原命令 + store）將 集合間交集、並集、差集的結果保存在 destination key 中。

sinterstore destination key [key ...] suionstore destination key [key ...] sdiffstore destination key [key ...]

下面的操做會將 user:1:follow 和 user:2:follow 兩個集合 的 交集結果 保存在 user:1_2:inter 中，user:1_2:inter 自己也是 集合類型。

127.0.0.1:6379> sinterstore user:1_2:inter user:1:follow user:2:follow
(integer) 2
127.0.0.1:6379> type user:1_2:inter
set
127.0.0.1:6379> smembers user:1_2:inter
1) "it"
2) "sports"
複製代碼

有關集合的 經常使用命令 基本上就是這麼多了，下表給出了 集合經常使用命令 的 時間複雜度，開發人員能夠根據自身需求進行選擇。

2. 內部編碼

集合類型 的 內部編碼 有兩種：

2.1. intset（整數集合）

當集合中的元素都是整數且 元素個數 小於 set-max-intset-entries 配置（默認 512 個）時，Redis 會選用 intset 來做爲集合的 內部實現，從而 減小內存 的使用。

2.2. hashtable（哈希表）

當集合類型 沒法知足 intset 的條件時，Redis 會使用 hashtable 做爲集合的 內部實現。

2.3. 具體示例

2.3.1. 內部編碼爲整數集合

當元素個數較少且都爲整數時，內部編碼 爲 intset。

127.0.0.1:6379> sadd setkey 1 2 3 4
(integer) 4
127.0.0.1:6379> object encoding setkey
"intset"
複製代碼

2.3.2. 內部編碼爲哈希

當 元素個數 超過 512 個，內部編碼 變爲 hashtable。

127.0.0.1:6379> sadd setkey 1 2 3 4 5 6 ... 512 513
(integer) 513
127.0.0.1:6379> scard setkey
(integer) 513
127.0.0.1:6379> object encoding listkey
"hashtable"
複製代碼

當某個元素 不爲整數 時，內部編碼 也會變爲 hashtable。

127.0.0.1:6379> sadd setkey a
(integer) 1
127.0.0.1:6379> object encoding setkey
"hashtable"
複製代碼

有關集合類型的 內存優化 技巧，後面的文章會有專門的講解。

3. 應用場景

3.1. 用戶標籤

集合類型 比較典型的使用場景是標籤（tag）。簡單的舉兩個例子：

3.1.3. 娛樂新聞推薦

一個用戶可能對娛樂、體育比較感興趣，另外一個用戶可能對歷史、新聞比較感興趣，這些興趣點就是標籤。有了這些數據就能夠獲得喜歡同一個標籤的人，以及用戶的共同喜愛的標籤，這些數據對於用戶體驗以及加強用戶黏度比較重要。

3.1.2. 電商人羣分類

一個電子商務的網站會對不一樣標籤的用戶作不一樣類型的推薦，好比對數碼產品比較感興趣的人，在各個頁面或者經過郵件的形式給他們推薦最新的數碼產品，一般會爲網站帶來更多的利益。

下面使用 集合類型 實現 標籤功能。

給用戶添加標籤

sadd user:1:tags tag1 tag2 tag5
sadd user:2:tags tag2 tag3 tag5
...
sadd user:k:tags tag1 tag2 tag4
...
複製代碼

給標籤添加用戶

sadd tag1:users user:1 user:3
sadd tag2:users user:1 user:2 user:3
...
sadd tagk:users user:1 user:2
...
複製代碼

用戶和標籤的 關係維護 應該在 一個事務內 執行，防止 部分命令失敗 形成的 數據不一致，有關如何將 兩個命令 放在 一個事務 中，後面會介紹 Lua 的使用。

刪除用戶下的標籤

srem user:1:tags tag1 tag5
...
複製代碼

刪除標籤下的用戶

srem tag1:users user:1
srem tag5:users user:1
...
複製代碼

計算用戶共同感興趣的標籤

能夠使用 sinter 命令，來計算 用戶共同感興趣 的標籤。

sinter user:1:tags user:2:tags
複製代碼

上面只是給出了使用 Redis 集合類型 實現標籤的基本思路，實際上一個 標籤系統 遠比這個要複雜得多，不過 集合類型 的 應用場景 一般爲如下幾種：

命令組合	應用場景
sadd	Tagging（標籤）
spop/srandmember	Random item（生成隨機數，好比抽獎）
sadd + sinter	Social Graph（社交需求）

小結

本文介紹了 Redis 中的集合的一些 基本命令，包括 集合內部的操做命令 和 集合之間的操做命令，其次還介紹了集合的 內部編碼 轉換和以 用戶行爲標籤 爲主的 應用場景。

參考

《Redis 開發與運維》

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