深入剖析Redis系列(八) - Redis数据结构之集合

青旅半醒 2022-03-15 07:00 303阅读 0赞

# 前言 #

**集合**（`set`）类型也是用来保存多个 **字符串元素**，但和 **列表类型** 不一样的是，集合中 **不允许有重复元素**，并且集合中的元素是 **无序的**，不能通过 **索引下标** 获取元素。

![12738336-89505c8fa9b1444e][]

image

如图所示，集合 `user:1:follow` 包含着 `"it"`、`"music"`、`"his"`、`"sports"` 四个元素，一个 **集合** 最多可以存储 `2 ^ 32 - 1` 个元素。`Redis` 除了支持 **集合内** 的 **增删改查**，同时还支持 **多个集合** 取 **交集**、**并集**、**差集**。合理地使用好集合类型，能在实际开发中解决很多实际问题。

![12738336-19cef1a0c175d83f][]

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# 正文 #

## 1. 相关命令 ##

### 1.1. 集合内的操作命令 ###

#### 1.1.1. 添加元素 ####

> sadd key element \[element ...\]

返回结果为添加成功的 **元素个数**，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

### 1.1.2. 删除元素 ###

> srem key element \[element ...\]

返回结果为成功删除 **元素个数**，例如：

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

#### 1.1.3. 计算元素个数 ####

> scard key

`scard` 的 **时间复杂度** 为 `O（1）`，它 **不会遍历** 集合所有元素，而是直接用 `Redis` 的 **内部** 的变量，例如：

127.0.0.1:6379> scard myset
    (integer) 1

#### 1.1.4. 判断元素是否在集合中 ####

> sismember key element

如果给定元素 `element` 在集合内返回 `1`，反之返回 `0`。

127.0.0.1:6379> sismember myset c
    (integer) 1

#### 1.1.5. 随机从集合返回指定个数元素 ####

> srandmember key \[count\]

`[count]` 是 **可选参数**，如果不写默认为 `1`。

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

#### 1.1.6. 从集合随机弹出元素 ####

> spop key

`spop` 操作可以从 **集合** 中 **随机弹出** 一个元素，例如下面代码是一次 `spop` 后，**集合元素** 变为 `"d b a"`。

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

> **注意**：`Redis` 从 `3.2` 版本开始， `spop` 也支持 `[count]` 参数。

`srandmember` 和 `spop` 都是 **随机** 从集合选出元素，两者不同的是 `spop` 命令执行后，**元素** 会从集合中 **删除**，而 `srandmember` 不会删除元素。

#### 1.1.7. 获取所有元素 ####

> smembers key

下面代码获取集合 `myset` 的 **所有元素**，并且 **返回结果** 是 **无序的**。

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

`smembers` 和 `lrange`、`hgetall` 都属于 **比较重** 的命令，如果 **元素过多** 存在 **阻塞** `Redis` 的可能性，这时候可以使用 `sscan` 命令来完成。

### 1.2. 集合间的操作命令 ###

现在有 **两个集合**，它们分别是 `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

#### 1.2.1. 求多个集合的交集 ####

> sinter key \[key ...\]

下面的代码是求 `user:1:follow` 和 `user:2:follow` 两个集合的 **交集**，返回结果是 `sports`、`it`。

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

#### 1.2.2. 求多个集合的并集 ####

> suinon key \[key ...\]

下面的代码是求 `user:1:follow` 和 `user:2:follow` 两个集合的 **并集**，返回结果是 `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"

#### 1.2.3. 求多个集合的差集 ####

> sdiff key \[key ...\]

下面的代码是求 `user:1:follow` 和 `user:2:follow` 两个集合的 **差集**，返回结果是 `music`和 `his`。

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

前面三个求 **交集**、**并集** 和 **差集** 的操作得到的结果，如图所示：

![12738336-4159a53a2e665f0e][]

image

#### 1.2.4. 将交集、并集、差集的结果保存 ####

**集合间** 的运算在 **元素较多** 的情况下会 **比较耗时**，所以 `Redis` 提供了以下 **三个命令**（**原命令** \+ `store`）将 **集合间交集**、**并集**、**差集** 的结果保存在 `destination key` 中。

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

下面的操作会将 `user:1:follow` 和 `user:2:follow` **两个集合** 的 **交集结果** 保存在 `user:1_2:inter` 中，`user:1_2:inter` 本身也是 **集合类型**。

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"

有关 **集合** 的 **常用命令** 基本上就是这么多了，下表给出了 **集合常用命令** 的 **时间复杂度**，开发人员可以根据自身需求进行选择。

![12738336-9d263c0608c3d1f4][]

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## 2. 内部编码 ##

**集合类型** 的 **内部编码** 有两种：

### 2.1. intset（整数集合） ###

当集合中的元素都是 **整数** 且 **元素个数** 小于 `set-max-intset-entries` 配置（默认 `512` 个）时，`Redis` 会选用 `intset` 来作为 **集合** 的 **内部实现**，从而 **减少内存** 的使用。

### 2.2. hashtable（哈希表） ###

当集合类型 **无法满足** `intset` 的条件时，`Redis` 会使用 `hashtable` 作为集合的 **内部实现**。

### 2.3. 具体示例 ###

#### 2.3.1. 内部编码为整数集合 ####

当元素个数 **较少** 且都为 **整数** 时，**内部编码** 为 `intset`。

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

#### 2.3.2. 内部编码为哈希 ####

*  当 **元素个数** 超过 `512` 个，**内部编码** 变为 `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"

*  当某个元素 **不为整数** 时，**内部编码** 也会变为 `hashtable`。

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

有关集合类型的 **内存优化** 技巧，后面的文章会有专门的讲解。

## 3. 应用场景 ##

### 3.1. 用户标签 ###

**集合类型** 比较典型的使用场景是 **标签**（`tag`）。简单的举两个例子：

#### 3.1.3. 娱乐新闻推荐 ####

> 一个用户可能对娱乐、体育比较感兴趣，另一个用户可能对历史、新闻比较感兴趣，这些兴趣点就是标签。有了这些数据就可以得到喜欢同一个标签的人，以及用户的共同喜好的标签，这些数据对于用户体验以及增强用户黏度比较重要。

#### 3.1.2. 电商人群分类 ####

> 一个电子商务的网站会对不同标签的用户做不同类型的推荐，比如对数码产品比较感兴趣的人，在各个页面或者通过邮件的形式给他们推荐最新的数码产品，通常会为网站带来更多的利益。

下面使用 **集合类型** 实现 **标签功能**。

*  **给用户添加标签**

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

*  **给标签添加用户**

sadd tag1:users user:1 user:3
    sadd tag2:users user:1 user:2 user:3
    ...
    sadd tagk:users user:1 user:2
    ...

> **用户** 和 **标签** 的 **关系维护** 应该在 **一个事务内** 执行，防止 **部分命令失败** 造成的 **数据不一致**，有关如何将 **两个命令** 放在 **一个事务** 中，后面会介绍 `Lua` 的使用。

*  **删除用户下的标签**

srem user:1:tags tag1 tag5
    ...

*  **删除标签下的用户**

srem tag1:users user:1
    srem tag5:users user:1
    ...

*  **计算用户共同感兴趣的标签**

可以使用 `sinter` 命令，来计算 **用户共同感兴趣** 的 **标签**。

sinter user:1:tags user:2:tags

上面只是给出了使用 `Redis` **集合类型** 实现 **标签** 的基本思路，实际上一个 **标签系统** 远比这个要 **复杂** 得多，不过 **集合类型** 的 **应用场景** 通常为以下几种：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="text-align:left;">命令组合</th> 
   <th style="text-align:left;">应用场景</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">sadd</td> 
   <td style="text-align:left;">Tagging（标签）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">spop/srandmember</td> 
   <td style="text-align:left;">Random item（生成随机数，比如抽奖）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">sadd + sinter</td> 
   <td style="text-align:left;">Social Graph（社交需求）</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 小结 #

本文介绍了 `Redis` 中的 **集合** 的 一些 **基本命令**，包括 **集合内部的操作命令** 和 **集合之间的操作命令**，其次还介绍了 **集合** 的 **内部编码** 转换和以 **用户行为标签** 为主的 **应用场景**。

# 参考 #

《Redis 开发与运维》

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