如何使用Redis的有序集合實(shí)現(xiàn)排行榜功能

這篇文章給大家分享的是有關(guān)如何使用Redis的有序集合實(shí)現(xiàn)排行榜功能的內(nèi)容。小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

一個典型的游戲排行榜包括以下常見功能：

1. 能夠記錄每個玩家的分?jǐn)?shù)；

2. 能夠?qū)ν婕业姆謹(jǐn)?shù)進(jìn)行更新；

3. 能夠查詢每個玩家的分?jǐn)?shù)和名次；

4. 能夠按名次查詢排名前N名的玩家；

5. 能夠查詢排在指定玩家前后M名的玩家。

更進(jìn)一步，上面的操作都需要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)完成，這樣才能最大程度發(fā)揮排行榜的效用。

由于一個玩家名次上升x位將會引起x+1位玩家的名次發(fā)生變化（包括該玩家），如果采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（比如MySQL）來實(shí)現(xiàn)排行榜，當(dāng)玩家人數(shù)較多時(shí)，將會導(dǎo)致對數(shù)據(jù)庫的頻繁修改，性能得不到滿足，所以我們只能另想它法。

Redis作為NoSQL中的一員，近年來得到廣泛應(yīng)用。與Memcached相比，Redis擁有更多的數(shù)據(jù)類型和操作接口，具有更大的適用范圍，其中的有序集合（sorted set，也稱為zset）就非常適合于排行榜的構(gòu)建。下面簡要總結(jié)一下。

1. Redis的安裝

Ubuntu下安裝Redis非常簡單，執(zhí)行如下命令即可：

$ sudo apt-get install redis-server

安裝完畢，運(yùn)行命令行客戶端redis-cli就可以訪問本地redis服務(wù)器。

$ redis-cli
redis 127.0.0.1:6379>

如果要使用最新版本，需要到Redis官網(wǎng)（redis.io）下載最新的代碼自行編譯，步驟略。

2. ZSet的常用命令

有序集合首先是集合，其成員（member）具有唯一性，其次，每個成員關(guān)聯(lián)了一個分?jǐn)?shù)（score），使得成員可以按照分?jǐn)?shù)排序。關(guān)于有序集合的介紹見redis.io/topics/data…，其命令見redis.io/commands#so…。

下面介紹幾個能用于排行榜的命令。

假設(shè)lb為排行榜名稱，user1、user2等為玩家唯一標(biāo)識。

1) zadd——設(shè)置玩家分?jǐn)?shù)

命令格式：zadd 排行榜名稱 分?jǐn)?shù) 玩家標(biāo)識 時(shí)間復(fù)雜度：O(log(N))

下面設(shè)置了4個玩家的分?jǐn)?shù)，如果玩家分?jǐn)?shù)已經(jīng)存在，則會覆蓋之前的分?jǐn)?shù)。

redis 127.0.0.1:6379> zadd lb 89 user1
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd lb 95 user2
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd lb 95 user3
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd lb 90 user4
(integer) 1

2) zscore——查看玩家分?jǐn)?shù)

命令格式：zscore 排行榜名稱 玩家標(biāo)識 時(shí)間復(fù)雜度：O(1)
下面是查看user2這個玩家在lb排行榜中的分?jǐn)?shù)。

redis 127.0.0.1:6379> zscore lb user2
“95”

3) zrevrange——按名次查看排行榜

命令格式：zrevrange 排行榜名稱 起始位置 結(jié)束位置 [withscores] 時(shí)間復(fù)雜度：O(log(N)+M)

由于排行榜一般是按照分?jǐn)?shù)由高到低排序的，所以我們使用zrevrange，而命令zrange是按照分?jǐn)?shù)由低到高排序。

起始位置和結(jié)束位置都是以0開始的索引，且都包含在內(nèi)。如果結(jié)束位置為-1則查看范圍為整個排行榜。

帶上withscores則會返回玩家分?jǐn)?shù)。

下面為查看所有玩家分?jǐn)?shù)。

redis 127.0.0.1:6379> zrevrange lb 0 -1 withscores

“user3”
“95”
“user2”
“95”
“user4”
“90”
“user1”
“89”

下面為查詢前三名玩家分?jǐn)?shù)。

redis 127.0.0.1:6379> zrevrange lb 0 2 withscores

“user3”
“95”
“user2”
“95”
“user4”
“90”

4) zrevrank——查看玩家的排名

命令格式：zrevrank 排行榜名稱 玩家標(biāo)識 時(shí)間復(fù)雜度：O(log(N))

與zrevrange類似，zrevrank是以分?jǐn)?shù)由高到低的排序返回玩家排名（實(shí)際返回的是以0開始的索引），對應(yīng)的zrank則是以分?jǐn)?shù)由低到高的排序返回排名。

下面是查詢玩家user3和user4的排名。

redis 127.0.0.1:6379> zrevrank lb user3
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> zrevrank lb user1
(integer) 3

5) zincrby——增減玩家分?jǐn)?shù)

命令格式：zincrby 排行榜名稱 分?jǐn)?shù)增量 玩家標(biāo)識 時(shí)間復(fù)雜度：O(log(N))

有的排行榜是在變更時(shí)重新設(shè)置玩家的分?jǐn)?shù)，而還有的排行榜則是以增量方式修改玩家分?jǐn)?shù)，增量可正可負(fù)。如果執(zhí)行zincrby時(shí)玩家尚不在排行榜中，則認(rèn)為其原始分?jǐn)?shù)為0，相當(dāng)于執(zhí)行zdd。

下面將user4的分?jǐn)?shù)增加6，使其名次上升到第一位。

redis 127.0.0.1:6379> zincrby lb 6 user4
“96”
redis 127.0.0.1:6379> zrevrange lb 0 -1 withscores

“user4”
“96”
“user3”
“95”
“user2”
“95”
“user1”
“89”

6) zrem——移除某個玩家

命令格式：zrem 排行榜名稱 玩家標(biāo)識 時(shí)間復(fù)雜度：O(log(N))

下面移除玩家user4。

redis 127.0.0.1:6379> zrem lb user4
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zrevrange lb 0 -1 withscores

“user3”
“95”
“user2”
“95”
“user1”
“89”

7) del——刪除排行榜

命令格式：del 排行榜名稱

排行榜對象在我們首次調(diào)用zadd或zincrby時(shí)被創(chuàng)建，當(dāng)我們要刪除它時(shí)，調(diào)用redis通用的命令del即可。

redis 127.0.0.1:6379> del lb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> get lb
(nil)

3. 相同分?jǐn)?shù)問題

免費(fèi)的方案總有那么一些不完美。從前面的例子我們可以看到，user2和user3具有相同的分?jǐn)?shù)，但在按分?jǐn)?shù)逆序排序時(shí)，user3排在了user2前面。而在實(shí)際應(yīng)用場景中，我們更希望看到user2排在user3前面，因?yàn)閡ser2比user3先加入排行榜，也就是說user2先到達(dá)該分?jǐn)?shù)。

但Redis在遇到分?jǐn)?shù)相同時(shí)是按照集合成員自身的字典順序來排序，這里即是按照”user2″和”user3″這兩個字符串進(jìn)行排序，以逆序排序的話user3自然排到了前面。

要解決這個問題，我們可以考慮在分?jǐn)?shù)中加入時(shí)間戳，計(jì)算公式為：

帶時(shí)間戳的分?jǐn)?shù) = 實(shí)際分?jǐn)?shù)*10000000000 + (9999999999 – timestamp)

timestamp我們采用系統(tǒng)提供的time()函數(shù)，也就是1970年1月1日以來的秒數(shù)，我們采用32位的時(shí)間戳（這能堅(jiān)持到2038年），由于32位時(shí)間戳是10位十進(jìn)制整數(shù)（最大值4294967295），所以我們讓時(shí)間戳占據(jù)低10位（十進(jìn)制整數(shù)），實(shí)際分?jǐn)?shù)則擴(kuò)大10^10倍，然后把兩部分相加的結(jié)果作為zset的分?jǐn)?shù)?？紤]到要按時(shí)間倒序排列，所以時(shí)間戳這部分需要顛倒一下，這便是用9999999999減去時(shí)間戳的原因。當(dāng)我們要讀取玩家實(shí)際分?jǐn)?shù)時(shí)，只需去掉后10位即可。

初步看起來這個方案還不錯，但這里面有兩個問題。

第一個問題是小問題，采用秒為時(shí)間戳可能區(qū)分度還不夠，如果同一秒出現(xiàn)兩個分?jǐn)?shù)相同的仍然會出現(xiàn)前面的問題，當(dāng)然我們可以選擇精度更高的時(shí)間戳，但在實(shí)際場景中，同一秒誰排前面已經(jīng)無關(guān)緊要。

第二個問題是大問題，因?yàn)镽edis的分?jǐn)?shù)類型采用的是double，64位雙精度浮點(diǎn)數(shù)只有52位有效數(shù)字，它能精確表達(dá)的整數(shù)范圍為-2^53到2^53，最高只能表示16位十進(jìn)制整數(shù)（最大值為9007199254740992，其實(shí)連16位也不能完整表示）。這就是說，如果前面時(shí)間戳占了10位的話，分?jǐn)?shù)就只剩下6位了，這對于某些排行榜分?jǐn)?shù)來說是不夠用的。我們可以考慮縮減時(shí)間戳位數(shù)，比如從2015年1月1日開始計(jì)時(shí)，但這仍然增加不了幾位?；蛘邷p少區(qū)分度，以分鐘、小時(shí)來作為時(shí)間戳單位。

如果Redis的分?jǐn)?shù)類型為int64，我們就沒有上面的煩惱。說到這里，其實(shí)Redis真應(yīng)該再額外提供一個int64類型的ZSet，但目前只能是幻想，除非自己改其源碼。

既然Redis也不能完美解決排行榜問題，那最終是不是有必要自己實(shí)現(xiàn)一個專門的排行榜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呢？畢竟實(shí)際應(yīng)用中的排行榜有很多可以優(yōu)化的地方，比玩家呈金字塔分布，越是低分段玩家數(shù)量越多，同一分?jǐn)?shù)擁有大量玩家，玩家增加一分都可能超越很多玩家，這就為優(yōu)化提供了可能。

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