使用Redis的 Sorted Set 实现实时排行榜的案例

使用 Sorted Set 实现实时排行榜的案例

使用 Sorted Set 实现实时排行榜是 Redis 的一个经典应用场景，它结合了有序性和高效性，可以实时管理和更新排行榜数据。以下是详细介绍：

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1. Sorted Set 的特点

Redis 的 Sorted Set 是一种有序集合，支持以下特性：

• 自动排序：每个元素都有一个 score，按照 score 排序。
• 高效操作：
  • 添加、更新、删除元素的时间复杂度为 (O(\log N))。
  • 查询前 N 名（如排名前 10）或特定排名的元素时间复杂度为 (O(\log N + M))，其中 (M) 是返回的元素数量。
• 支持范围查询：可以基于 score 或 rank 查询元素范围。

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2. 应用场景：实时排行榜

假设需求：

• 需要实现一个游戏的排行榜，玩家可以实时查看自己的排名和得分。
• 提供以下功能：
  • 添加或更新玩家得分。
  • 查询某玩家的排名和得分。
  • 查询排行榜的前 N 名。
  • 查询某个分数区间内的玩家。

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3. 实现步骤

3.1 数据结构设计

Redis 的 Sorted Set 通过以下键值对存储数据：

• 键 (Key): leaderboard，用于标识这个排行榜。
• 成员 (Member): 玩家唯一 ID，例如 player:123。
• 分数 (Score): 玩家得分，例如 1500。

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3.2 核心命令

功能	Redis 命令	示例
添加或更新玩家得分	ZADD leaderboard score member	ZADD leaderboard 1500 player:123
查询某玩家的排名	ZRANK leaderboard member	ZRANK leaderboard player:123
查询某玩家的得分	ZSCORE leaderboard member	ZSCORE leaderboard player:123
查询排行榜前 N 名	ZREVRANGE leaderboard 0 N WITHSCORES	ZREVRANGE leaderboard 0 9 WITHSCORES
查询分数区间内的玩家	ZRANGEBYSCORE leaderboard min max WITHSCORES	ZRANGEBYSCORE leaderboard 1000 2000 WITHSCORES
删除玩家	ZREM leaderboard member	ZREM leaderboard player:123

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3.3 功能实现

添加或更新玩家得分

使用 ZADD 命令添加或更新玩家得分。例如：

ZADD leaderboard 1500 player:123
ZADD leaderboard 2000 player:456
ZADD leaderboard 1200 player:789

• 如果玩家已经存在，其分数会被更新。
• 如果玩家不存在，会添加新记录。

查询某玩家的排名

使用 ZRANK 或 ZREVRANK 查询某玩家排名：

ZRANK leaderboard player:123    # 获取升序排名
ZREVRANK leaderboard player:123 # 获取降序排名

• 返回的排名从 0 开始（即第 1 名为 0）。
• ZRANK 是升序排名，ZREVRANK 是降序排名。

查询排行榜前 N 名

使用 ZREVRANGE 查询前 N 名：

ZREVRANGE leaderboard 0 9 WITHSCORES

• 0 9 表示查询前 10 名。
• WITHSCORES 可选，返回玩家得分。

查询某玩家的得分

使用 ZSCORE 查询某玩家的得分：

ZSCORE leaderboard player:123

查询分数区间内的玩家

使用 ZRANGEBYSCORE 查询分数区间内的玩家：

ZRANGEBYSCORE leaderboard 1000 2000 WITHSCORES

• 1000 和 2000 表示分数范围。
• WITHSCORES 返回玩家分数。

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4. 进阶功能

4.1 获取玩家附近排名

为了让玩家知道自己的排名和附近玩家的分数，可以使用以下步骤：

1. 查询玩家排名：

   ZREVRANK leaderboard player:123
   

2. 计算附近排名的范围，例如前后 2 名：

   ZREVRANGE leaderboard 3 7 WITHSCORES
   

4.2 定时清理排行榜

对于某些排行榜（如每日、每周排行榜），需要定期清理旧数据，可以结合 Redis 的 EXPIRE 命令或手动删除：

DEL leaderboard

4.3 分布式排行榜

如果有多个分区的排行榜，可以使用多 Redis 实例，并通过额外程序合并小分区的结果。

4.4 多字段排序

如果需要多字段排序（如按分数和时间排序），可以将多个字段组合成一个 score。例如，将 score 转换为 score.timestamp 的形式（分数乘以一个大基数，如 100000，加上时间戳）。

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5. 示例代码

以下是使用 Python 的 Redis 客户端实现的代码示例：

import redis

# 连接 Redis
r = redis.StrictRedis(host='localhost', port=6379, db=0)

# 添加或更新玩家得分
def add_score(player_id, score):
    r.zadd('leaderboard', {player_id: score})

# 查询某玩家的排名
def get_rank(player_id):
    return r.zrevrank('leaderboard', player_id)

# 查询某玩家的得分
def get_score(player_id):
    return r.zscore('leaderboard', player_id)

# 查询排行榜前 N 名
def get_top_n(n):
    return r.zrevrange('leaderboard', 0, n - 1, withscores=True)

# 示例操作
add_score('player:123', 1500)
add_score('player:456', 2000)
add_score('player:789', 1200)

print("Player 123 rank:", get_rank('player:123'))
print("Player 123 score:", get_score('player:123'))
print("Top 3 players:", get_top_n(3))

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6. 应用效果

• 实时更新：每次分数变化，排行榜自动调整，无需额外计算。
• 高效查询：适用于高并发、大规模数据的场景。
• 易于扩展：支持多种查询方式和功能定制。

7. 使用案例

• 游戏排行榜：实时显示玩家排名。
• 电商平台：显示实时热销商品排行榜。
• 社交网络：展示活跃用户或点赞数量的排名。

这种方式结合了 Redis 的强大功能，为实时排行榜提供了高效、可靠的解决方案。