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1. 개요​

  • Redis Sorted Set은 점수(score)로 정렬된 고유한 문자열(member) 컬렉션입니다.
  • 여러 문자열이 동일한 점수를 가질 경우, 사전순으로 정렬됩니다.

1.1 주요 활용 사례​

  • 리더보드(Leaderboard): 대규모 온라인 게임에서 최고 점수의 순위를 쉽게 관리
  • 속도 제한기(Rate Limiter): 슬라이딩 윈도우 방식의 API 요청 제한

1.2 특징​

  • Sorted Set은 Set과 Hash의 혼합으로 생각할 수 있습니다:
  • Set처럼: 고유하고 반복되지 않는 문자열 요소로 구성
  • Hash처럼: 각 요소가 부동소수점 값(점수)과 연결됨
Sorted Set의 정렬 규칙

Sorted Set의 요소는 다음 규칙에 따라 정렬됩니다:

  1. 점수가 다른 경우: 점수가 높은 요소가 더 큽니다 (A.score > B.score → A > B)
  2. 점수가 같은 경우: 사전순으로 뒤에 있는 문자열이 더 큽니다
  3. Sorted Set은 고유한 요소만 가지므로 동일한 문자열은 존재할 수 없습니다

2. 기본 명령어​

2.1 ZADD - 요소 추가​

ZADD 명령어로 점수와 함께 요소를 추가할 수 있습니다.

> ZADD racer_scores 10 "Norem"
(integer) 1
> ZADD racer_scores 12 "Castilla"
(integer) 1
> ZADD racer_scores 8 "Sam-Bodden" 10 "Royce" 6 "Ford" 14 "Prickett"
(integer) 4
  • racer_scores 라는 Sorted Set에 레이서 점수를 추가했습니다.
> ZRANGE racer_scores 0 -1
1) "Ford"
2) "Sam-Bodden"
3) "Norem"
4) "Royce"
5) "Castilla"
6) "Prickett"
  • ZRANGE 명령어로 레이서 점수를 조회했습니다.
ZADD의 특징
  • SADD와 유사하지만 점수를 추가로 받습니다
  • 가변 인자를 지원하여 여러 점수-값 쌍을 한 번에 추가할 수 있습니다
  • 형식: ZADD key score member [score member ...]

2.2 ZRANGE / ZREVRANGE - 범위 조회​

Sorted Set은 이미 정렬되어 있어 정렬된 요소를 반환하는 것이 간단합니다.

> ZRANGE racer_scores 0 -1
1) "Ford"
2) "Sam-Bodden"
3) "Norem"
4) "Royce"
5) "Castilla"
6) "Prickett"

> ZREVRANGE racer_scores 0 -1
1) "Prickett"
2) "Castilla"
3) "Royce"
4) "Norem"
5) "Sam-Bodden"
6) "Ford"
  • ZRANGE: 낮은 점수부터 높은 점수 순서 (오름차순)
  • ZREVRANGE: 높은 점수부터 낮은 점수 순서 (내림차순)
  • 0과 -1은 첫 번째 요소부터 마지막 요소까지를 의미합니다

2.3 WITHSCORES - 점수와 함께 조회​

> ZRANGE racer_scores 0 -1 WITHSCORES
 1) "Ford"
 2) "6"
 3) "Sam-Bodden"
 4) "8"
 5) "Norem"
 6) "10"
 7) "Royce"
 8) "10"
 9) "Castilla"
10) "12"
11) "Prickett"
12) "14"

3. 범위 연산​

3.1 ZRANGEBYSCORE - 점수 범위로 조회​

점수 범위를 지정하여 요소를 조회할 수 있습니다.

> ZRANGEBYSCORE racer_scores -inf 10
1) "Ford"
2) "Sam-Bodden"
3) "Norem"
4) "Royce"
  • -inf: 음의 무한대
  • 양쪽 극값이 모두 포함됩니다

3.2 ZREM / ZREMRANGEBYSCORE - 요소 삭제​

> ZREM racer_scores "Castilla"
(integer) 1

> ZREMRANGEBYSCORE racer_scores -inf 9
(integer) 2

> ZRANGE racer_scores 0 -1
1) "Norem"
2) "Royce"
3) "Prickett"
  • ZREM: 특정 요소 삭제
  • ZREMRANGEBYSCORE: 점수 범위로 요소 삭제 (삭제된 요소 개수 반환)

4. 순위 조회​

4.1 ZRANK / ZREVRANK​

정렬된 요소 집합에서 특정 요소의 순위(위치)를 조회할 수 있습니다.

> ZRANK racer_scores "Norem"
(integer) 0

> ZREVRANK racer_scores "Norem"
(integer) 2
  • ZRANK: 오름차순 기준 순위 (0부터 시작)
  • ZREVRANK: 내림차순 기준 순위

5. 사전순 정렬​

5.1 개념​

  • Redis 2.8부터 모든 요소가 동일한 점수를 가질 때 사전순으로 범위를 조회하는 기능이 추가되었습니다.

5.2 주요 명령어​

  • ZRANGEBYLEX: 사전순 범위 조회
  • ZREVRANGEBYLEX: 사전순 역순 범위 조회
  • ZREMRANGEBYLEX: 사전순 범위 삭제
  • ZLEXCOUNT: 사전순 범위 개수

5.3 예시​

> ZADD racer_scores 0 "Norem" 0 "Sam-Bodden" 0 "Royce" 0 "Castilla" 0 "Prickett" 0 "Ford"
(integer) 3

> ZRANGE racer_scores 0 -1
1) "Castilla"
2) "Ford"
3) "Norem"
4) "Prickett"
5) "Royce"
6) "Sam-Bodden"

> ZRANGEBYLEX racer_scores [A [L
1) "Castilla"
2) "Ford"
사전순 범위 지정
  • [: 포함 (inclusive)
  • (: 미포함 (exclusive)
  • +: 양의 무한대
  • -: 음의 무한대

5.4 활용: 범용 인덱스​

이 기능은 Sorted Set을 범용 인덱스로 사용할 수 있게 합니다.

예시: 128비트 정수 인덱싱

  • 모든 요소를 동일한 점수(예: 0)로 추가
  • 128비트 숫자를 빅 엔디안 형식의 16바이트 접두사로 사용
  • 빅 엔디안 숫자는 사전순 정렬 시 숫자순으로도 정렬됨

6. 리더보드 구현​

6.1 점수 업데이트​

Sorted Set의 점수는 언제든지 업데이트할 수 있습니다. 이미 존재하는 요소에 대해 ZADD를 호출하면 O(log(N)) 시간 복잡도로 점수와 위치가 업데이트됩니다.

6.2 ZINCRBY - 점수 증가​

> ZADD racer_scores 100 "Wood"
(integer) 1
> ZADD racer_scores 100 "Henshaw"
(integer) 1

> ZADD racer_scores 150 "Henshaw"
(integer) 0

> ZINCRBY racer_scores 50 "Wood"
"150"
> ZINCRBY racer_scores 50 "Henshaw"
"200"
  • ZADD: 이미 존재하는 멤버의 경우 0 반환 (점수 업데이트)
  • ZINCRBY: 기존 점수에 값을 더하고 새로운 점수 반환
리더보드 활용 사례

Facebook 게임과 같은 애플리케이션에서:

  • 높은 점수순으로 사용자 정렬
  • 순위 조회 기능 (예: "당신은 #4932위입니다")
  • 상위 N명의 사용자 표시

수많은 업데이트가 발생하는 환경에서 Sorted Set이 적합합니다.

7. 구현 및 성능​

7.1 내부 구조​

이중 구조 구현

Sorted Set은 Skip List와 Hash Table을 모두 포함하는 이중 구조로 구현되어 있습니다.

  • 요소 추가 시: O(log(N)) 연산 수행
  • 정렬된 요소 조회 시: 이미 정렬되어 있어 추가 작업 불필요

7.2 시간 복잡도​

  • 대부분의 Sorted Set 연산: O(log(n)) (n은 멤버 수)
  • ZRANGE 명령어: O(log(n) + m) (m은 반환되는 결과 수)
대량 조회 시 주의

ZRANGE 명령어로 수만 개 이상의 결과를 반환하는 경우 주의가 필요합니다. 결과 수(m)만큼 추가 시간이 소요됩니다.

8. 주요 명령어 요약​

명령어설명
ZADD새 멤버와 점수를 추가 (이미 존재하면 점수 업데이트)
ZRANGE주어진 범위 내의 멤버를 정렬된 순서로 반환
ZRANK오름차순 기준 멤버의 순위 반환
ZREVRANK내림차순 기준 멤버의 순위 반환
ZINCRBY멤버의 점수를 증가시킴
ZREM멤버 삭제
ZRANGEBYSCORE점수 범위로 멤버 조회
ZREMRANGEBYSCORE점수 범위로 멤버 삭제
ZRANGEBYLEX사전순 범위로 멤버 조회

전체 Sorted Set 명령어 목록은 Redis 공식 문서를 참고하세요.

9. 대안​

  • Redis Sorted Set은 때때로 다른 Redis 데이터 구조를 인덱싱하는 데 사용됩니다. 데이터를 인덱싱하고 쿼리해야 하는 경우, JSON 데이터 타입과 Redis Query Engine 기능을 고려해보세요.

참고​