利用Redis的有序集合实现排行榜功能实例代码

 更新时间:2019年03月13日 09:58:33   作者:justudy   我要评论
这篇文章主要给大家介绍了关于如何利用Redis的有序集合实现排行榜功能的相关资料,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者使用Redis具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面来一起学习学习吧

前言

游戏中存在各种各样的排行榜,比如玩家的等级排名、分数排名等。玩家在排行榜中的名次是其实力的象征,位于榜单前列的玩家在虚拟世界中拥有无尚荣耀,所以名次也就成了核心玩家的追求目标。

一个典型的游戏排行榜包括以下常见功能:

  1. 能够记录每个玩家的分数;
  2. 能够对玩家的分数进行更新;
  3. 能够查询每个玩家的分数和名次;
  4. 能够按名次查询排名前N名的玩家;
  5. 能够查询排在指定玩家前后M名的玩家。

更进一步,上面的操作都需要在短时间内实时完成,这样才能最大程度发挥排行榜的效用。

由于一个玩家名次上升x位将会引起x+1位玩家的名次发生变化(包括该玩家),如果采用传统数据库(比如MySQL)来实现排行榜,当玩家人数较多时,将会导致对数据库的频繁修改,性能得不到满足,所以我们只能另想它法。

Redis作为NoSQL中的一员,近年来得到广泛应用。与Memcached相比,Redis拥有更多的数据类型和操作接口,具有更大的适用范围,其中的有序集合(sorted set,也称为zset)就非常适合于排行榜的构建。下面简要总结一下。

1. Redis的安装

Ubuntu下安装Redis非常简单,执行如下命令即可:

$ sudo apt-get install redis-server

安装完毕,运行命令行客户端redis-cli就可以访问本地redis服务器。

$ redis-cli
redis 127.0.0.1:6379>

如果要使用最新版本,需要到Redis官网(redis.io)下载最新的代码自行编译,步骤略。

2. ZSet的常用命令

有序集合首先是集合,其成员(member)具有唯一性,其次,每个成员关联了一个分数(score),使得成员可以按照分数排序。关于有序集合的介绍见redis.io/topics/data…,其命令见redis.io/commands#so…。

下面介绍几个能用于排行榜的命令。

假设lb为排行榜名称,user1、user2等为玩家唯一标识。

1) zadd——设置玩家分数

命令格式:zadd 排行榜名称 分数 玩家标识 时间复杂度:O(log(N))

下面设置了4个玩家的分数,如果玩家分数已经存在,则会覆盖之前的分数。

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——查看玩家分数

命令格式:zscore 排行榜名称 玩家标识 时间复杂度:O(1)
下面是查看user2这个玩家在lb排行榜中的分数。

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 排行榜名称 起始位置 结束位置 [withscores] 时间复杂度:O(log(N)+M)

由于排行榜一般是按照分数由高到低排序的,所以我们使用zrevrange,而命令zrange是按照分数由低到高排序。

起始位置和结束位置都是以0开始的索引,且都包含在内。如果结束位置为-1则查看范围为整个排行榜。

带上withscores则会返回玩家分数。

下面为查看所有玩家分数。

redis 127.0.0.1:6379> zrevrange lb 0 -1 withscores

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

下面为查询前三名玩家分数。

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 排行榜名称 玩家标识 时间复杂度:O(log(N))

与zrevrange类似,zrevrank是以分数由高到低的排序返回玩家排名(实际返回的是以0开始的索引),对应的zrank则是以分数由低到高的排序返回排名。

下面是查询玩家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——增减玩家分数

命令格式:zincrby 排行榜名称 分数增量 玩家标识 时间复杂度:O(log(N))

有的排行榜是在变更时重新设置玩家的分数,而还有的排行榜则是以增量方式修改玩家分数,增量可正可负。如果执行zincrby时玩家尚不在排行榜中,则认为其原始分数为0,相当于执行zdd。

下面将user4的分数增加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——移除某个玩家

命令格式:zrem 排行榜名称 玩家标识 时间复杂度: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——删除排行榜

命令格式:del 排行榜名称

排行榜对象在我们首次调用zadd或zincrby时被创建,当我们要删除它时,调用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. 相同分数问题

免费的方案总有那么一些不完美。从前面的例子我们可以看到,user2和user3具有相同的分数,但在按分数逆序排序时,user3排在了user2前面。而在实际应用场景中,我们更希望看到user2排在user3前面,因为user2比user3先加入排行榜,也就是说user2先到达该分数。

但Redis在遇到分数相同时是按照集合成员自身的字典顺序来排序,这里即是按照”user2″和”user3″这两个字符串进行排序,以逆序排序的话user3自然排到了前面。

要解决这个问题,我们可以考虑在分数中加入时间戳,计算公式为:

带时间戳的分数 = 实际分数*10000000000 + (9999999999 – timestamp)

timestamp我们采用系统提供的time()函数,也就是1970年1月1日以来的秒数,我们采用32位的时间戳(这能坚持到2038年),由于32位时间戳是10位十进制整数(最大值4294967295),所以我们让时间戳占据低10位(十进制整数),实际分数则扩大10^10倍,然后把两部分相加的结果作为zset的分数。考虑到要按时间倒序排列,所以时间戳这部分需要颠倒一下,这便是用9999999999减去时间戳的原因。当我们要读取玩家实际分数时,只需去掉后10位即可。

初步看起来这个方案还不错,但这里面有两个问题。

第一个问题是小问题,采用秒为时间戳可能区分度还不够,如果同一秒出现两个分数相同的仍然会出现前面的问题,当然我们可以选择精度更高的时间戳,但在实际场景中,同一秒谁排前面已经无关紧要。

第二个问题是大问题,因为Redis的分数类型采用的是double,64位双精度浮点数只有52位有效数字,它能精确表达的整数范围为-2^53到2^53,最高只能表示16位十进制整数(最大值为9007199254740992,其实连16位也不能完整表示)。这就是说,如果前面时间戳占了10位的话,分数就只剩下6位了,这对于某些排行榜分数来说是不够用的。我们可以考虑缩减时间戳位数,比如从2015年1月1日开始计时,但这仍然增加不了几位。或者减少区分度,以分钟、小时来作为时间戳单位。

如果Redis的分数类型为int64,我们就没有上面的烦恼。说到这里,其实Redis真应该再额外提供一个int64类型的ZSet,但目前只能是幻想,除非自己改其源码。

既然Redis也不能完美解决排行榜问题,那最终是不是有必要自己实现一个专门的排行榜数据结构呢?毕竟实际应用中的排行榜有很多可以优化的地方,比玩家呈金字塔分布,越是低分段玩家数量越多,同一分数拥有大量玩家,玩家增加一分都可能超越很多玩家,这就为优化提供了可能。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,谢谢大家对脚本之家的支持。

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