redis sortset结构 redis sortset应用

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梦里忧郁 2023-07-08 22:09:34

文章标签 redis sortset结构字符串 Redis redis 文章分类 Redis 数据库

Redis使用场景梳理

一、Sorted Set（有序集合）- 排行榜

排行榜是业务开发中常见的一个场景。

1. 场景一：选手报名参加活动，观众可以对选手进行投票，每个观众对同一名选手只能投一票，活动期间最多投N票

1）功能1：返回TOP 10的选手信息及投票数

2）功能2：返回活动总参与选手数及总投票数

3）功能3：对于每个选手，返回自己的投票数，排名，距离上一名差的票数

实现 :

有序集合是一个非常高效的数据结构，可以替代数据库里一些很难实现的操作。它的一个典型应用场景就是排行榜。

redis sortset结构 redis sortset应用_redis

redis sortset结构 redis sortset应用_redis sortset结构_02

这里面有一些问题需要注意：

1）在score相同的情况下，redis使用集合成员自身的字典顺序来排序，而所谓的字典排序其实就是“ABCDEFG”这样的排序，在首字母相同的情况下，redis会再比较后面的字母，还是按照字典排序。

2）在有些情况下这个可能不满足实际要求，因此需要按实际情况重新设计score，比如如果要求同分数情况下按时间排序，时间戳越小，越排前。

3）使用双精度浮点数类型作为score，结构为：分数+'.'+（MAX-时间戳），变为浮点数

说明：

1）这里只提及了与redis有序集合的相关实现，具体细节，比如需要记录总票数的话，可以单独维护一个可以使用incr来记录。

2）如果需要返回top10的选手具体信息，那么member就可以由上面的名称替换成用户唯一标识openid之类的,然后使用其到DB中去查询选手具体信息来返回结果。

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）功能1：能够记录每个玩家的分数；

2）功能2：能够对玩家的分数进行更新；

3）功能3：能够查询每个玩家的分数和名次；

4）功能4：能够按名次查询排名前N名的玩家；

5）功能5：能够查询排在指定玩家前后M名的玩家。

实现：

redis sortset结构 redis sortset应用_字符串_03

总结，在实现排行榜的功能时，我们发现常用的命令：

ZADD ：记录/更新每个玩家的分数

ZSCORE ：查询玩家的分数

ZREVRANK：查询玩家的名次（按分数从大到小排列）

ZREVRANGE：按名次查询排名前N名的玩家

ZRANK: 返回有序集中指定成员的排名(按分数从小到大)

注意： ZREVRANK/ZRANK 查询到的名次，指的都是元素所在的索引下标

3. 实效性

真实场景中肯定会有时间段的划分，例如查看日榜、周榜、月榜。只需要按照最小的单位按照时间区分成不同的集合，最后求出这些集合的并集即可。

从排行榜的实效性上划分，主要分为：

1）实时榜：基于当前一段时间内数据的实时更新，进行排行。例如：当前一小时内游戏热度实时榜，当前一小时内明星送花实时榜等

2）历史榜：基于历史一段周期内的数据，进行排行。例如：日榜（今天看昨天的），周榜（上一周的），月榜（上个月的），年榜（上一年的)

相关命令：ZUNIONSTORE destination numkeys key [key ...] [WEIGHTS weight [weight ...]] : 计算给定的一个或多个有序集的并集

例如：

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二、弹幕/最新列表- List（列表）

朋友圈的点赞列表、评论列表、排行榜、消息队列

实现：Redis的 list (列表)结构

1） LPUSH 命令和 LRANGE 命令能实现最新列表的功能，每次通过 LPUSH 命令往列表里插入新的元素，然后通过 LRANGE 命令读取最新的元素列表。

2） LPUSH可以在列表头部插入一个内容ID作为关键字，LTRIM可用来限制列表的数量，这样列表永远为N个ID，无需查询最新的列表，直接根据ID去到对应的内容页即可。

3） LPOP 和 RPUSH（或者反过来，lpush和rpop）能实现队列的功能

相关命令：LTRIM KEY_NAME START STOP 作用：让列表只保留指定区间内的元素，不在指定区间之内的元素都将被删除

弹幕，只显示最新的N条评论

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说明：

1） list 和 zset 都可以用做排行榜，但是和list不同的是zset它能够实现动态的排序。list 中的元素时可以重复的，如果要实现排行榜，也只是计算好的结果push到列表中去，所以一般都是用zset来做排行榜。

轻量级消息队列与消息中间件相比，没有高级特性也没有ACK保证，无法做到数据不重不漏，是一种比较简陋的消息队列。如果业务简单而且对消息的可靠性不是那么严格可以尝试使用。

三、社交网络- Set（集合）

点赞、关注/被关注、共同好友等是社交网站的基本功能，社交网站的访问量通常来说比较大。

可以对两个set（集合）提供交集、并集、差集操作。例如：查找两个人共同的好友等。

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sinterstore

2）sismember命令可以判断A是否是B的好友；

3）scard命令可以获取好友数量；

4）关注时，smove命令可以将B从A的粉丝集合转移到A的好友集合

展示随机：美团首页有很多推荐商家，但是并不能全部展示，set类型适合存放所有需要展示的内容，而srandmember命令则可以从中随机获取几个。

6）存储某活动中中奖的用户ID ，因为有去重功能，可以保证同一个用户不会中奖两次。

四、 String (字符串)-计数器/缓存

string 类型在 redis 中是二进制安全(binary safe)的,这意味着 string 值关心二进制的字符串，不关心具体格式，可以用它存储 json 格式或 JPEG 图片格式的字符串

1. 计数器

什么是计数器，如电商网站商品的浏览量、视频网站视频的播放数、高并发的秒杀活动、分布式序列号的生成等。为了保证数据实时效，每次浏览都得给+1，并发量高时如果每次都请求数据库操作无疑是种挑战和压力。

Redis提供的incr可以实现原子性的递增，内存操作，性能非常好，非常适用于这些计数场景。

1 <?php
 2 
 3 // redis记录该用户投票次数
 4 $voteNum = $redis->incr('votes:' . $openid);
 5 if ($voteNum > 4) {
 6     // 投票已达上限，计数器还原
 7     $redis->decr('votes:' . $openid);
 8     return [-1, [], '抱歉，您的投票次数达到上限，活动期间最多投4票~！'];
 9 }
10 ...
11 // DB操作：记录投票信息,返回操作结果$res
12 if ($res) {
13     return [0, [], '恭喜您，投票成功~！'];
14 } else {
15     //插入数据失败，计数器还原
16     $redis->decr('votes:' . $openid);
17     return [-1, [], '抱歉，投票失败~！'];
18 }

2. 缓存

1）存储用户某个单独的信息：比如根据用户 id 查询用户邮箱地址

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2）存储用户全部信息：用户ID为查找的key，存储的value用户对象包含姓名，年龄，生日等信息

序列化或者json编码后的字符串。如果想要修改某个用户字段，必须将用户信息字符串全部查询出来，解析成相应的用户信息对象，修改完后在序列化/json编码后变成字符串存入。

3）分布式锁

在一个集群环境下，多个web应用时对同一个商品进行抢购和减库存操作时，可能出现超卖时会用到分布式锁

SETNX命令（SET if Not eXists）

关于分布式锁，实际情况要考虑的细节更多

五、购物车/用户信息 - hash (哈希)

购物车：hset [key] [field] [value] 命令，可以实现以用户Id，商品Id为field，商品数量goodsnum为value，恰好构成了购物车的3个要素。

存储对象：hash 类型的(key, field, value)的结构与对象的(对象id, 属性, 值)的结构相似，也可以用来存储对象。

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六、附近的人/商店/停车场- geo

自Redis 3.2开始，Redis基于geohash和有序集合提供了地理位置相关功能。

扩展一下：

Redis中的geo是基于geohash和有序集合提供的地理位置相关功能。相关命令使用起来也是非常简单。

GeoHash基本原理

地址编码，通过切分地图区域为小方块（切分次数越多，精度越高），它能把二维的经纬度编码成一维的字符串。也就是说，理论上geohash字符串表示的并不是一个点，而是一个矩形区域，只要矩形区域足够小，达到所需精度即可。

优点：使用GeoHash将二维的经纬度转换成字符串，这样既可以保护隐私（只表示大概区域位置而不是具体的点），又比较容易做缓存。

redis sortset结构 redis sortset应用_redis_10

如果在小块范围内递归对半划分呢？

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编码特性

不难看出这样的编码方式仅用一个字符串保存经纬度信息，并且精度由字符串从头到尾的长度决定，编码长度越长，精度越高。GeoHash值的前缀相同的位数越多，代表的位置越接近，可以方便索引。（反之不成立，位置接近的GeoHash值不一定相似）。

但这种方案的缺点是：从geohash的编码算法中可以看出，靠近每个方块边界两侧的点虽然十分接近，但所属的编码会完全不同。实际应用中，需要通过去搜索环绕当前方块周围的8个方块来解决该问题。
除此之外，这个方案也无法直接得到距离，需要程序协助进行后续的排序计算。

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注意：geohash算法有两个问题

1. 边界问题

由于GeoHash是将区域划分为一个个规则矩形，并对每个矩形进行编码，这样在查询附近餐馆信息时会导致以下问题，比如红色的点是我们的位置，绿色和黄色的两个点分别是附近的两个餐馆，但是在查询的时候会发现距离较远餐馆的黄色的点的GeoHash编码与我们一样（因为在同一个GeoHash区域块上），而较近餐馆的GeoHash编码与我们不一致。这个问题往往产生在边界处。

解决的思路很简单，我们查询时，除了使用定位点的GeoHash编码进行匹配外，还使用周围8个区域的GeoHash编码，这样可以避免这个问题。

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