【Redis实践】使用zset实现实时排行榜以及一些优化思考 ...

1.概述

我们在做互联网项目的时候会遇到一些排行版的需求，假如排行榜的时效性不高，好比日榜，周榜这种，可以思量通过定时使命统计、聚合数据并落库，必要查询的时候直接查询这个统计好的数据就好了。但有时候我们遇到的需求时效性会高一点，好比小时榜、分钟榜、乃至实时排行榜，这种情况下再使用定时使命统计的方式就不太符合了。
在Redis中有个叫zset的数据结构，非常适适用来做排名，它的数据结构中有一个score分数，我们可以直接使用Redis的指令，让里面的数据的按分数的大小进行排序。所以zset往往是我们做高时效性排行榜的解决方案。
2.zset的基本概念阐明

2.1.数据结构阐明

下面列举zset的操纵指令，有肯定经验的同砚看到这些指令就应该知道大概可以怎样使用了。
指令详细指令阐明zaddzadd key score member添加成员和分数，也可以更换成员分数zincrbyzincrby key score member为某个成员累加分数，假如成员不存在则创建成员zremzrem key member删除某个成员zscorezscore key member返回某个成员的分数zrangezrange key 0 -1 withscores按分值从小到大排zrevrangezrevrange key 0 -1 withscores按分值从大到小排 这里必要阐明一下的两个range方法，0 -1 是零和负一，中心用空格隔开，意思是获取所有的分数，假如是想获取指定命量的分数，例如top10，这里可以使用 0 9，最后一个withscores的意思的Redis会返回每个成员的分数。在没有这个选项的情况下，ZRANGE只会返回成员的名称，而不包括其对应的分数。
下面可以看看zset的使用方法。
2.2.zset做排行榜的指令

以一个例子来阐明，假设现在有3个用户和对应的分数分别如下：

1. user1: 100
2. user2: 200
3. user3: 150

复制代码

现在就通过Redis的指令，来试一下排行榜功能，依次键入以下指令：

1. zadd leaderboard 100 user1
2. zadd leaderboard 200 user2
3. zadd leaderboard 150 user3
5. zrange leaderboard 0 -1 WITHSCORES
6. zrevrange leaderboard 0 -1 WITHSCORES

复制代码

可以看到的是，返回的效果的是一行member，一行分数的结构，按照分数的高低进行排序的。
3. 项目中的实践

下面通过在通过RedisTemplate来封装一下排行榜的demo，然后会列出一些思考，思量实际存在的题目及其解决方案。
3.1.RedisTemplate实现排行榜

由于Redis在SpringBoot中的设置不是本章的重点，以下忽略设置。提供了几个简单的方法，分别是：

• 添加或更换用户分数
  
• 添加或更新用户分数
  
• 获取排行榜前N名
  
• 获取某个用户的排名
  
• 删除指定用户
  

1. import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
2. import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
3. import org.springframework.data.redis.core.ZSetOperations;
4. import org.springframework.stereotype.Service;
6. import java.util.Set;
8. @Service
9. public class LeaderboardService {
11.     @Autowired
12.     private RedisTemplate<String, String> redisTemplate;
14.     private static final String LEADERBOARD_KEY = "leaderboard";
16.     /**
17.      * 添加或替换用户分数
18.      */
19.     public void addOrReplaceScore(String userId, double score) {
20.         ZSetOperations<String, String> zSetOps = redisTemplate.opsForZSet();
21.         zSetOps.add(LEADERBOARD_KEY, userId, score);
22.     }
24.     /**
25.      * 添加或更新用户分数
26.      */
27.     public void addOrUpdateScore(String userId, double score) {
28.         ZSetOperations<String, String> zSetOps = redisTemplate.opsForZSet();
29.         zSetOps.incrementScore(LEADERBOARD_KEY, userId, score);
30.     }
32.     /**
33.      * 获取排行榜前N名
34.      */
35.     public Set<ZSetOperations.TypedTuple<String>> getTopRanks(int topN) {
36.         ZSetOperations<String, String> zSetOps = redisTemplate.opsForZSet();
37.         return zSetOps.reverseRangeWithScores(LEADERBOARD_KEY, 0, topN - 1);
38.     }
40.     /**
41.      * 获取用户排名
42.      */
43.     public Long getUserRank(String userId) {
44.         ZSetOperations<String, String> zSetOps = redisTemplate.opsForZSet();
45.         Long rank = zSetOps.reverseRank(LEADERBOARD_KEY, userId);
46.         // 排名从1开始
47.         return rank != null ? rank + 1 : null;
48.     }
50.     /**
51.      * 删除指定用户
52.      */
53.     public void removeUser(String userId) {
54.         redisTemplate.opsForZSet().remove(LEADERBOARD_KEY, userId);
55.     }
56. }

复制代码

方法封装好了之后，通过controller提供一个用户访问入口就可以了。下面讲一讲大概遇到的题目以及处理惩罚方案。
3.2.大概存在的题目及解决方案

3.2.1. 限定成员的数量

一个运动假如参与的人数多，就大概出来成员不绝不断膨胀的情况，但实际上我们对排行榜的需求往往只是必要前xx名的数据，例如前10名、前100名、前10000名等等。根据实际的需求，我们可以限定zset中的数量。假如现在保留一万名，就可以提供一个方法，整理排名一万以后的数据：

1. // 限制排行榜最大长度
2. private static final int MAX_RANKING_SIZE = 10000;
4. /**
5. * 清理低活跃数据
6. */
7. public void cleanUpInactiveUsers() {
8.     ZSetOperations<String, String> zSetOps = redisTemplate.opsForZSet();
9.     Long memberCount = Optional.ofNullable(zSetOps.zCard(LEADERBOARD_KEY)).orElse(0L);
10.     if (memberCount > MAX_RANKING_SIZE) {
11.         zSetOps.removeRange(LEADERBOARD_KEY, 0, -MAX_RANKING_SIZE - 1);
12.     }
13. }

复制代码

这个方法可以在插入新的成员时调用，但是由于会多次操纵Redis，其实是不建议在保存排行榜分数的时候执行的，可以思量通过定时使命来处理惩罚，例如：

1. @Component
2. public class ScheduledTasks {
4.     @Autowired
5.     private LeaderboardService leaderboardService;
7.     // 每天凌晨2点清理
8.     @Scheduled(cron = "0 0 2 * * ?")
9.     public void cleanInactiveUsersTask() {
10.         leaderboardService.cleanUpInactiveUsers();
11.     }
12. }

复制代码

这里的天天破晓两点，可以根据必要调整为每小时整理一次，每10分钟整理一次等等。
3.2.2.保留当前分数与最高分数

zset中针对同一个用户只能保存一个分数，假如要实现保存当前分数和最高分数，可思量用两个zset来处理惩罚，处理惩罚方式也比力简单，按照：获取当前分数、比力分数、更新历史最高分数的顺序做就好了，下面是一个简单的代码：

1. public void updateScore(String userId, double newScore) {
2.     // 1. 获取当前分数
3.     Double currentScore = redisTemplate.opsForZSet().score("currentLeaderboard", userId);
5.     // 2. 更新当前分数
6.     redisTemplate.opsForZSet().add("currentLeaderboard", userId, newScore);
8.     // 3. 更新历史最高分数
9.     if (currentScore == null || newScore > currentScore) {
10.         redisTemplate.opsForZSet().add("highestLeaderboard", userId, newScore);
11.     }
12. }

复制代码

同样的，历史最高分数的zset也必要思量限定成员数量的题目。别的，假如要思量原子性，可以通过将上述的代码封装到lua脚本中执行。
3.2.3.批量操纵成员分数，减少并发

在并发较高的情况下，假如想减少Redis插入请求，我们可以在内存中先保存一部分的请求，等到达某个阈值的时候，再做Redis的插入操纵。这里阈值可以是积累了多少个成员做批量更新，也可以是积累到了肯定的时间，例如积累了一分钟的数据。
RedisTemplate中的add()有一个重载方法，可以传入一个set进行批量操纵：

这是一个interface，我们可以先实现一下：

1. public class MemberValue<T> implements ZSetOperations.TypedTuple<T> {
2.     private T value;
3.     private Double score;
5.     @Override
6.     public T getValue() {
7.         return value;
8.     }
10.     public void setValue(T value) {
11.         this.value = value;
12.     }
14.     @Override
15.     public Double getScore() {
16.         return score;
17.     }
19.     public void setScore(Double score) {
20.         this.score = score;
21.     }
23.     @Override
24.     public int compareTo(ZSetOperations.TypedTuple<T> o) {
25.         return 0;
26.     }
27. }

复制代码

然后以每50个成员更新一次为例，代码如下：

1. private Set<ZSetOperations.TypedTuple<String>> memberSet = new HashSet<>();
3. @Async
4. public void asyncBatchSetScore(String userId, double score) {
5.     MemberValue<String> memberValue = new MemberValue<>();
6.     memberValue.setScore(score);
7.     memberValue.setValue(userId);
8.     synchronized (LeaderboardService.class) {
9.         memberSet.add(memberValue);
10.         if (memberSet.size() >= 50) {
11.             ZSetOperations<String, String> zSetOps = redisTemplate.opsForZSet();
12.             zSetOps.add(LEADERBOARD_KEY, memberSet);
13.             memberSet.clear();
14.         }
15.     }
16. }

复制代码

假如要修改阈值为时间，可以维护一个时间窗口，并修改判定条件即可，这里不展开了。
4.总结

本章先解说了zset的数据结构以及使用方式，然后通过RedisTemplate做了一个Demo，演示怎样实现排行榜，并对一些大概遇见的题目做了思考了解决方案。在开发中，可以选择其中的一些方案来解决实际的题目。

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