ZSet：排行榜背后的跳表
ZSet（Sorted Set）给每个成员绑定一个 double 类型的 score，集合始终按 score 排序。它同时具备三种能力：按分数排序、按排名取段、按成员查分——这让它成为排行榜、延时队列、滑动窗口限流的首选结构。
1. 数据模型
key: rank:game
score member
------ --------
98.0 <-> "ada" 按 score 升序排列
95.5 <-> "bob" score 相同时按 member 字典序
95.5 <-> "carol"
80.0 <-> "dave"成员唯一（再次 ZADD 同名成员是更新分数），score 可重复。
2. 核心命令实操
2.1 写入与更新
ZADD rank:game 80 "dave" 98 "ada" 95.5 "bob"
# 成员已存在：更新分数，返回新增数 0
ZADD rank:game 99 "ada"
# NX：只新增不更新，ada 分数保持 99
ZADD rank:game NX 50 "ada"
ZSCORE rank:game "ada"
# GT：新分数更大才更新；97 小于 99，不更新
ZADD rank:game GT 97 "ada"
ZSCORE rank:game "ada"
# 原子加分，返回新分数
ZINCRBY rank:game 10 "dave"
ZCARD rank:gameZADD 的条件参数：NX 只增不改、XX 只改不增、GT/LT 只在新分数更大/更小时更新（做"历史最高分"极方便）。
2.2 按排名取段：ZRANGE
ZADD rank:game 90 "dave" 99 "ada" 95.5 "bob"
# 默认升序
ZRANGE rank:game 0 -1 WITHSCORES
# REV 降序 = Top 3（6.2+ 语法，替代 ZREVRANGE）
ZRANGE rank:game 0 2 REV WITHSCORES
# 闭区间 [90, 96]
ZRANGEBYSCORE rank:game 90 96
# 左开括号排除 90；+inf / -inf 表示无穷
ZRANGEBYSCORE rank:game (90 +inf
# 分数区间内的成员数
ZCOUNT rank:game 90 100按分数取段用 ZRANGEBYSCORE：区间默认闭合，( 前缀表示开区间，+inf/-inf 表示无穷；只要数量时用 ZCOUNT。
2.3 查排名与删除
ZADD rank:game 90 "dave" 99 "ada" 95.5 "bob"
# 升序排名，从 0 开始
ZRANK rank:game "ada"
# 降序排名：ada 是第 1 名
ZREVRANK rank:game "ada"
ZREM rank:game "dave"
ZRANGE rank:game 0 -1 WITHSCORES
# 只保留前 1 名（删掉降序第 1 名之外的）
ZREMRANGEBYRANK rank:game 0 -2
ZRANGE rank:game 0 -1 WITHSCORES
# 按分数区间删除（延时队列常用）
ZADD delay:queue 1722310000 "order:1"
ZREMRANGEBYSCORE delay:queue -inf 17223100003. 底层实现：skiplist + hashtable 双结构
小 ZSet 用 listpack（≤128 个成员且都 ≤64 字节）；超过阈值后用 skiplist + hashtable 的组合：
127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING rank:game
"listpack"zset-max-listpack-entries 128
zset-max-listpack-value 64为什么要两个结构一起用？因为 ZSet 要同时满足两类查询：
ZSCORE member—— 按成员查分数，需要 hashtable：O(1)；ZRANGE/ZRANK—— 按分数/排名的有序操作，需要 skiplist：O(log n)。
两个结构共享成员与分数（通过指针），内存不双倍。
3.1 跳表长什么样
跳表是"带多层快速通道的有序链表"。每个节点随机决定层数（每升一层概率 1/4），高层是低层的"高速公路"：
L3: head ----------------------------> 50 ------------------> NULL
L2: head ----------> 20 ------------> 50 ------------------> NULL
L1: head --> 10 --> 20 -----> 35 --> 50 --> 70 ------------> NULL
L0: head --> 10 --> 20 --> 30 --> 35 --> 50 --> 60 --> 70 --> NULL
查找 60: L3 到 50 (下一个是 NULL, 降层)
L2 从 50 (下一个 NULL, 降层)
L1 从 50 -> 70 超了, 降层
L0 从 50 -> 60 命中。 跳过了大部分节点。平均查找/插入/删除都是 O(log n)。每层节点还记录了到下一节点的跨度（span），把沿途跨度累加就得到排名——这是 ZRANK 也能 O(log n) 的原因。
为什么不用红黑树？作者的理由：跳表实现简单得多；范围查询（ZRANGE）沿底层链表顺序走即可，比树的中序遍历更直接；调整概率参数即可权衡内存与速度。
4. 典型场景
4.1 排行榜
# 玩家得分更新（累加制）
127.0.0.1:6379> ZINCRBY lb:weekly 150 "player:1001"
"150"
# 取 Top 10
127.0.0.1:6379> ZRANGE lb:weekly 0 9 REV WITHSCORES
1) "player:1001"
2) "150"
# 查自己的名次与分数（两条命令可用 pipeline 合并）
127.0.0.1:6379> ZREVRANK lb:weekly "player:1001"
(integer) 0
127.0.0.1:6379> ZSCORE lb:weekly "player:1001"
"150"周榜按周分 key（lb:2026w31），过期自动清理。同分排名问题：score 相同按成员字典序，若业务要求"先到先得排前面"，可以把时间戳编进小数位：score = 分数 * 10^10 + (10^10 - 时间戳)。
4.2 延时队列
score 存"应执行的时间戳"，消费者轮询取"到期任务"：
# 生产：把"应执行时间戳"当作 score
ZADD delay:close-order 1722312000 "order:8801"
ZADD delay:close-order 1722315600 "order:8802"
# 消费：取一批到期任务（当前时间之前的）
ZRANGEBYSCORE delay:close-order -inf 1722312000 LIMIT 0 10
# 取到后用 ZREM 抢占，返回 1 才算抢到，防多个消费者重复处理
ZREM delay:close-order "order:8801"
# 未到期的任务仍留在队列里
ZRANGE delay:close-order 0 -1 WITHSCORES"ZRANGEBYSCORE 再 ZREM"两步之间存在竞态，严格场景用 Lua 脚本把"取+删"做成原子操作（第 12 章），或用 Redis 7 的 ZMPOP。
4.3 滑动窗口限流
member 存唯一请求 ID，score 存时间戳；统计窗口内的请求数：
# 判断 user:1 最近 60 秒是否超过 100 次请求
127.0.0.1:6379> ZREMRANGEBYSCORE rate:u1 -inf 1722311940 # 清掉窗口外
(integer) 3
127.0.0.1:6379> ZCARD rate:u1
(integer) 97 # 未超限, 放行并记录本次
127.0.0.1:6379> ZADD rate:u1 1722312000 "req-uuid-x"
(integer) 1完整原子版本在第 20 章用 Lua 实现。
ZSet 是所有结构里单元素内存开销最大的（skiplist 节点 + hashtable 项 + 分数）。百万级成员的 ZSet 内存可观且 ZRANGEBYSCORE 大范围扫描是 O(log n + m)。排行榜只保留 Top N（定期 ZREMRANGEBYRANK 裁剪），限流 key 记得设 TTL。
小结
- ZSet = 排序 + 去重 + 按成员查分，三种查询一个结构全包
- ZADD 的 GT/LT/NX/XX 参数优雅解决"历史最高分""只增不改"类需求
- 底层 skiplist（有序、范围、排名）+ hashtable（O(1) 查分）双结构配合
- 三大场景：排行榜（ZINCRBY + ZRANGE REV）、延时队列（score=执行时间）、滑动窗口限流
- 下一章是三个特殊结构：Bitmap、HyperLogLog、GEO →
- 构建一个 10 人游戏排行榜，实现：加分、取 Top 3、查询某玩家名次、只保留前 5 名。
- 用 ZSet 实现延时队列：加入 3 个不同到期时间的任务，模拟消费者取出"当前已到期"的任务并删除。
- 向 ZSet 写入 130 个成员，用 OBJECT ENCODING 验证 listpack 到 skiplist 的转换。