極鏈科技Video++：劉偉

整理：包包

redis是一種提供多種數(shù)據(jù)類型的開(kāi)源key-value存儲(chǔ)系統(tǒng)，通常將數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在內(nèi)存中。

redis是目前最受歡迎的key-value存儲(chǔ)系統(tǒng)，是基于內(nèi)存存儲(chǔ)kv的數(shù)據(jù)庫(kù)，合理的使用redis作為緩存，可以極大的改善系統(tǒng)的性能和服務(wù)器請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間。

redis除了基本的kv存儲(chǔ)以外，還實(shí)現(xiàn)了哈希(Map), 列表(list), 集合(sets) 和有序集合(sorted sets)等數(shù)據(jù)類型；結(jié)合內(nèi)存和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性，在業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，可以更靈活的實(shí)現(xiàn)很多特性。

今天介紹的是有序集合這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們?cè)趯?shí)際的業(yè)務(wù)過(guò)程中使用了有序集合，并且收獲到一些有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。

什么是有序集合

在redis提供的數(shù)據(jù)類型中，有集合（Set）和有序集合（Sorted Set），在集合中不能添加重復(fù)的元素，相同值的元素只能有一個(gè)；而有序集合可以給每個(gè)元素設(shè)置一個(gè)double類型的分?jǐn)?shù)，通過(guò)這個(gè)值，redis能為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序。

在redis中，有序集合的實(shí)現(xiàn)，使用的是一種叫[skiplist]數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以讓get、set、add和remove等操作的預(yù)期時(shí)間達(dá)到O(log N)，具體的原理，有興趣可以自己了解。

有序集合提供了豐富的操作，可以在很多應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)用。

* zunionstore 是求兩個(gè)有序集合的并集，可以用來(lái)合并兩個(gè)投票中所有參與的人的排行榜。

* zinterstore 是求兩個(gè)集合的交集，通過(guò)它，可以獲得同時(shí)參加多個(gè)候選人投票的名單列表。

* zrevrank 方便的查詢某個(gè)元素在有序集合中的位置，也就是投票的排名。

* zscore 用來(lái)查詢某個(gè)元素在集合中的分

* zrevrank 返回某個(gè)元素在集合中的位置

* zrevrangebyscore 獲取某個(gè)分?jǐn)?shù)區(qū)間內(nèi)元素的排行榜

有序集合提供了從小到大和從大到小兩種排行榜，其中有rev的命令，返回的是從大到小的集合。

設(shè)計(jì)投票游戲

之所以會(huì)在投票游戲中選用redis，主要考慮高并發(fā)的支持，在實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)景中，因?yàn)橥镀钡臅r(shí)候可能有很高的并發(fā)投票和實(shí)時(shí)投票結(jié)果查詢，如果所有操作都直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)，那么會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)造成較大的負(fù)載。經(jīng)過(guò)考察技術(shù)方案和實(shí)現(xiàn)成本，決定采用redis提供的有序集合，實(shí)現(xiàn)投票過(guò)程和實(shí)時(shí)排名的展示，直接讀取緩存，避免了非核心業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的突發(fā)高并發(fā)訪問(wèn)。

投票游戲的用戶故事

1. 創(chuàng)建投票的候選人

2. 創(chuàng)建用戶

3. 用戶參加活動(dòng)，獲得一定數(shù)量的投票額度

4. 用戶使用投票額度為候選人投票

5. 候選人查看為自己投票的用戶的計(jì)票排名

6. 所有人查看實(shí)時(shí)的候選人選票排名

游戲流程

首先是可以有管理員，創(chuàng)建候選人和用戶，或者候選人和用戶自己注冊(cè)，這個(gè)取決于具體的場(chǎng)景的需要。本次demo提供的接口是用戶和候選人自己注冊(cè)的模式。存儲(chǔ)用戶和候選人信息，最簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)可以用redis的字符串類型key/value，本身就是hash，也可以使用redis提供的hash類型。

創(chuàng)建用戶以后，為用戶分配投票額度是要做的工作，通過(guò)redis的字符串類型，INCR實(shí)現(xiàn)，可以保證操作的原子性。投票過(guò)程同樣在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上減去一定的值，但是為了防止并發(fā)情況下，用戶使用超過(guò)自己擁有的額度，需要設(shè)計(jì)一個(gè)鎖，只有在獲得鎖之后，才能做DECR操作。

投票扣減用戶的額度之后，就可以操作核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有序集合。第一步是為特定的候選人增加上獲得的投票，這個(gè)是所有候選人的id作為鍵的有序集合，分?jǐn)?shù)就是獲得的總票數(shù)；同時(shí)在用戶針對(duì)這名候選人的投票記錄上，也記錄每個(gè)用戶為同一個(gè)候選人投票的排名。

實(shí)現(xiàn)上面的操作之后，獲得實(shí)時(shí)投票排名，就是一件很輕松的工作。有序集合提供的操作可以簡(jiǎn)單的查詢出各種排名有關(guān)的名單。

編碼實(shí)現(xiàn)redis的調(diào)用

設(shè)計(jì)好游戲流程之后，就可以開(kāi)始直接動(dòng)手實(shí)現(xiàn)了，下面用redis-cli命令，以偽代碼的形式展示一下競(jìng)猜的整個(gè)流程，可以直接在redis客戶端下查看效果。

redis-cli偽代碼

1. 創(chuàng)建用戶和競(jìng)選的候選人

2. 為用戶分配額度

3. 用戶投票

4. 各種榜單

下圖是運(yùn)行結(jié)果：

node.js代碼

最后，我們用node.js實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的后端服務(wù)demo，javascript的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和redis SDK比較清晰的展示原生命令的調(diào)用效果。demo演示了各種api的調(diào)用，可以安裝說(shuō)明，使用curl調(diào)用對(duì)應(yīng)的接口效果。

實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，我們可以看到，如果直接使用命令，其實(shí)整個(gè)投票過(guò)程只需要非常簡(jiǎn)單的幾個(gè)命令就可以完成。而demo中演示的代碼，相比命令，增加了很多提供接口訪問(wèn)和sdk調(diào)用相關(guān)的代碼；如果最后為生產(chǎn)應(yīng)用編寫一個(gè)投票程序，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯的需要和容量規(guī)劃，還需要考慮更多的細(xì)節(jié)，軟件開(kāi)發(fā)本身也是這樣的過(guò)程，從一個(gè)簡(jiǎn)單的想法和創(chuàng)意開(kāi)始，然后需要考慮更多的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和需求，不斷的在程序中還原出整個(gè)構(gòu)想。