PHP+Redis 有序集合实现 24 小时排行榜实时更新

基本介绍

Redis 有序集合和集合一样也是 string 类型元素的集合，且不允许重复的成员。

不同的是每个元素都会关联一个 double 类型的分数。redis 正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。

有序集合的成员是唯一的，但分数 (score) 却可以重复。

集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O (1)。 集合中最大的成员数为 2^32 - 1^ (4294967295, 每个集合可存储 40 多亿个成员)。

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。

需求描述

设想在一个游戏中，有上百万的玩家数据，如果现在需要你根据玩家的经验值整理一个前 10 名的排行榜，你会怎么做呢？一般的做法是写一条类似下面这条 sql 语句的方式来获取：

    select * from game_socre order by score desc limit 0,20

这种方式在数据量较小的情况下可行，但是在数据量大的情况下查询速度将变慢，特别是还需要联表查询时，速度下降的就更明显了。

实现

这时你可以考虑使用 redis 来实现这个功能。

实现这个功能主要用到的 redis 数据类型是 redis 的有序集合 zset。zset 是 set 类型的一个扩展，比原有的类型多了一个顺序属性。此属性在每次插入数据时会自动调整顺序值，保证 value 值按照一定顺序连续排列。

主要的实现思路是：

1、在一个新的玩家参与到游戏中时，在 redis 中的 zset 中新增一条记录（记录内容看具体的需求）score 为 0

2、当玩家的经验值发生变化时，修改该玩家的 score 值

3、使用 redis 的 ZREVRANGE 方法获取排行榜

返回有序集 key 中，指定区间内的成员。其中成员的位置按 score 值递减 (从大到小) 来排列。具有相同 score 值的成员按字典序的反序排列。 除了成员按 score 值递减的次序排列这一点外，ZREVRANGE 命令的其他方面和 ZRANGE 命令一样。

redis 127.0.0.1:6379> ZADD KEY_NAME SCORE1 VALUE1.. SCOREN VALUEN

1、数据准备

2、获取 score 高分 top10 排名 (ZREVRANGE 为降序，ZRANGE 为升序)

3、查看用户 ee 的实际排名 (ZREVRANK 为降序，ZRANK 为升序)、实时分数

进一步需求

需要实现最近的 24 小时用户积分排行榜，并统计前 10 名的玩家和积分

实现

主要的实现思路是：

利用 ZADD 按小时划分添加用户的积分信息，然后用 ZUNIONSTORE 并集实现 24 小时的游戏积分总和，实现 “24 小时排行榜”；（如果有更好的思路，能够在下方留言不吝赐教一下就更好了）

    ZUNIONSTORE destination numkeys key [key ...]

    Redis Zunionstore 命令计算给定的一个或多个有序集的并集，其中给定 key 的数量必须以 numkeys 参数指定，并     将该并集(结果集)储存到 destination 。

    默认情况下，结果集中某个成员的分数值是所有给定集下该成员分数值之和 。

可能碰到的问题

1、相同分数问题

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。

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