如何使用Redis的有序集合實現排行榜功能

這篇文章給大家分享的是有關如何使用Redis的有序集合實現排行榜功能的內容。小編覺得挺實用的，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數；

2. 能夠對玩家的分數進行更新；

3. 能夠查詢每個玩家的分數和名次；

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。

更進一步，上面的操作都需要在短時間內實時完成，這樣才能最大程度發揮排行榜的效用。

由于一個玩家名次上升x位將會引起x+1位玩家的名次發生變化（包括該玩家），如果采用傳統數據庫（比如MySQL）來實現排行榜，當玩家人數較多時，將會導致對數據庫的頻繁修改，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，近年來得到廣泛應用。與Memcached相比，Redis擁有更多的數據類型和操作接口，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建。下面簡要總結一下。

1. Redis的安裝

Ubuntu下安裝Redis非常簡單，執行如下命令即可：

$ sudo apt-get install redis-server

安裝完畢，運行命令行客戶端redis-cli就可以訪問本地redis服務器。

$ redis-cli
redis 127.0.0.1:6379>

如果要使用最新版本，需要到Redis官網（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，每個成員關聯了一個分數（score），使得成員可以按照分數排序。關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lb為排行榜名稱，user1、user2等為玩家唯一標識。

1) zadd——設置玩家分數

命令格式：zadd 排行榜名稱 分數 玩家標識 時間復雜度：O(log(N))

下面設置了4個玩家的分數，如果玩家分數已經存在，則會覆蓋之前的分數。

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——查看玩家分數

命令格式：zscore 排行榜名稱 玩家標識 時間復雜度：O(1)
下面是查看user2這個玩家在lb排行榜中的分數。

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 結束位置 [withscores] 時間復雜度：O(log(N)+M)

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

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

帶上withscores則會返回玩家分數。

下面為查看所有玩家分數。

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數。

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 玩家標識 時間復雜度：O(log(N))

與zrevrange類似，zrevrank是以分數由高到低的排序返回玩家排名（實際返回的是以0開始的索引），對應的zrank則是以分數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——增減玩家分數

命令格式：zincrby 排行榜名稱 分數增量 玩家標識 時間復雜度：O(log(N))

有的排行榜是在變更時重新設置玩家的分數，而還有的排行榜則是以增量方式修改玩家分數，增量可正可負。如果執行zincrby時玩家尚不在排行榜中，則認為其原始分數為0，相當于執行zdd。

下面將user4的分數增加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 玩家標識 時間復雜度：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用zadd或zincrby時被創建，當我們要刪除它時，調用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. 相同分數問題

免費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具有相同的分數，但在按分數逆序排序時，user3排在了user2前面。而在實際應用場景中，我們更希望看到user2排在user3前面，因為user2比user3先加入排行榜，也就是說user2先到達該分數。

但Redis在遇到分數相同時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，我們可以考慮在分數中加入時間戳，計算公式為：

帶時間戳的分數 = 實際分數*10000000000 + (9999999999 – timestamp)

timestamp我們采用系統提供的time()函數，也就是1970年1月1日以來的秒數，我們采用32位的時間戳（這能堅持到2038年），由于32位時間戳是10位十進制整數（最大值4294967295），所以我們讓時間戳占據低10位（十進制整數），實際分數則擴大10^10倍，然后把兩部分相加的結果作為zset的分數。考慮到要按時間倒序排列，所以時間戳這部分需要顛倒一下，這便是用9999999999減去時間戳的原因。當我們要讀取玩家實際分數時，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，采用秒為時間戳可能區分度還不夠，如果同一秒出現兩個分數相同的仍然會出現前面的問題，當然我們可以選擇精度更高的時間戳，但在實際場景中，同一秒誰排前面已經無關緊要。

第二個問題是大問題，因為Redis的分數類型采用的是double，64位雙精度浮點數只有52位有效數字，它能精確表達的整數范圍為-2^53到2^53，最高只能表示16位十進制整數（最大值為9007199254740992，其實連16位也不能完整表示）。這就是說，如果前面時間戳占了10位的話，分數就只剩下6位了，這對于某些排行榜分數來說是不夠用的。我們可以考慮縮減時間戳位數，比如從2015年1月1日開始計時，但這仍然增加不了幾位。或者減少區分度，以分鐘、小時來作為時間戳單位。

如果Redis的分數類型為int64，我們就沒有上面的煩惱。說到這里，其實Redis真應該再額外提供一個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現一個專門的排行榜數據結構呢？畢竟實際應用中的排行榜有很多可以優化的地方，比玩家呈金字塔分布，越是低分段玩家數量越多，同一分數擁有大量玩家，玩家增加一分都可能超越很多玩家，這就為優化提供了可能。

感謝各位的閱讀！關于“如何使用Redis的有序集合實現排行榜功能”這篇文章就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，讓大家可以學到更多知識，如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到吧！