Redis实战 | 使用Redis 的有序集合（Sorted Set）实现排行榜功能，和Spring Boot集成

news2024/11/28 0:42:59

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Redis 的有序集合（Sorted Set）是一个基于分数（score）排序的数据结构，它在 Redis 中非常重要，常用于实现排行榜、近似计数器等功能。

Redis 的有序集合（Sorted Set）是基于跳跃表（Skip List）实现的。跳跃表是一种高效的数据结构，其插入、删除和查找操作的平均时间复杂度都是 O(log n)，相对于平衡树（如红黑树）的实现要简单很多。跳跃表的结构类似于链表，每个节点除了保存元素值外，还包含一个指针数组，分别指向对应层次的下一个节点。这种多级指针的设计，使得跳表可以跨越多个节点进行快速搜索，同时保证跳表结构的高效性和简洁性。
有序集合的底层数据结构由哈希（Hash）和跳跃表组成。在哈希中，存储了元素及其关联的评分（分数）。每个元素都有一个唯一的评分，用于确定其在跳跃表中的位置。当需要对有序集合进行操作时，Redis 首先通过哈希表找到元素及其评分，然后通过跳跃表进行相应的操作。
以下是 Redis 有序集合（Sorted Set）的一些核心操作及其对应的核心代码分析：

  1. 添加元素（ZADD）：
    有序集合中的元素添加操作是通过哈希表和跳跃表协同完成的。首先，Redis 将元素值和评分存储在哈希表中。然后，根据评分在跳跃表中找到对应的位置，并将新元素插入到该位置。
  2. 获取元素（ZRANGE、ZREVRANGE）：
    有序集合中的获取元素操作主要依赖于跳跃表。ZRANGE 操作从跳跃表的头部开始，按照给定的评分范围返回符合条件的元素。ZREVRANGE 操作则从跳跃表的尾部开始，按照给定的评分范围返回符合条件的元素。
  3. 删除元素（ZREM）：
    删除元素操作首先通过哈希表找到对应元素，然后在跳跃表中删除该元素。Redis 只需要删除哈希表中的指向该元素的指针，跳跃表中的元素会自动上移。
  4. 更新元素评分（ZINCRBY）：
    更新元素评分操作仅需修改哈希表中对应元素的评分，然后重新计算跳跃表中元素的位置。
  5. 获取有序集合长度（ZCARD）：
    有序集合长度的操作直接查询哈希表中的键值对数量。
  6. 随机获取元素（ZRANDMEMBER）：
    随机获取元素操作首先从哈希表中随机选择一个元素，然后在该元素所在的跳跃表区间内随机选择一个元素。
    通过以上操作，Redis 实现了高效有序集合（Sorted Set）的数据结构，提供了高性能的排序和范围查找功能。

2、实战

要使用 Spring Boot 和 Redis 实现排行榜功能，你可以遵循以下步骤：

  1. 引入依赖
    在你的 Spring Boot 项目的 pom.xml 文件中，添加以下依赖：
<dependencies>  
    <dependency>  
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>  
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>  
    </dependency>  
</dependencies>
  1. 配置 Redis
    在 application.properties 或 application.yml 文件中配置 Redis 连接信息：
# application.properties  
spring.redis.host=localhost  
spring.redis.port=6379  

# application.yml  
spring:  
  redis:  
    host: localhost  
    port: 6379
  1. 创建 Redis 模板
    创建一个 RedisTemplate Bean：
import org.springframework.context.annotation.Bean;  
import org.springframework.context.annotation.Configuration;  
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;  
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;  
import org.springframework.data.redis.serializer.GenericJackson2JsonRedisSerializer;  
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;
@Configuration  
public class RedisConfig {
    @Bean  
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {  
        RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();  
        redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);  
        redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());  
        redisTemplate.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());  
        redisTemplate.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());  
        redisTemplate.setHashValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());  
        return redisTemplate;  
    }  
}
  1. 创建排行榜实体类
    创建一个排行榜实体类，包含用户 ID、分数等信息：
import java.io.Serializable;
public class RankingEntity implements Serializable {
    private String userId;  
    private double score;
    // 构造方法、getter 和 setter  
}
  1. 实现 Redis 排行榜操作
    创建一个服务类，实现排行榜的相关操作，如添加分数、查询排名等：
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;  
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;  
import org.springframework.data.redis.core.ValueOperations;  
import org.springframework.stereotype.Service;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Service  
public class RankingService {
    @Autowired  
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;
    private static final String RANKING_KEY = "ranking_list";
    /**  
     * 添加分数  
     * @param userId 用户 ID  
     * @param score 分数  
     */  
    public void addScore(String userId, double score) {  
        ValueOperations<String, RankingEntity> valueOperations = redisTemplate.opsForValue();  
        valueOperations.set(RANKING_KEY + ":" + userId, score, 60, TimeUnit.SECONDS);  
    }
    /**  
     * 查询排名  
     * @return 排名列表  
     */  
    public List<Object> getRankingList() {  
        List<Object> rankingList = redisTemplate.opsForList().range(RANKING_KEY, 0, -1);  
        return rankingList;  
    }
    /**  
     * 查询用户排名  
     * @param userId 用户 ID  
     * @return 用户排名  
     */  
    public Object getUserRanking(String userId) {  
        return redisTemplate.opsForValue().get(RANKING_KEY + ":" + userId);  
    }
     * @param userId 用户 ID  
     */  
    public void deleteUserScore(String userId) {  
        ValueOperations<String, RankingEntity> valueOperations = redisTemplate.opsForValue();  
        valueOperations.delete(RANKING_KEY + ":" + userId);  
    }
    /**  
     * 更新用户分数  
     * @param userId 用户 ID  
     * @param score 新的分数  
     */  
    public void updateUserScore(String userId, double score) {  
        ValueOperations<String, RankingEntity> valueOperations = redisTemplate.opsForValue();  
        valueOperations.set(RANKING_KEY + ":" + userId, score, 60, TimeUnit.SECONDS);  
    }
    /**  
     * 获取用户排名列表的长度  
     * @return 用户排名列表的长度  
     */  
    public long getUserRankingListSize() {  
        return redisTemplate.opsForList().size(RANKING_KEY);  
    }
    /**  
     * 在用户排名列表中插入用户分数  
     * @param userId 用户 ID  
     * @param score 分数  
     * @param index 插入位置，0 表示插入到列表头部，负数表示插入到列表尾部  
     */  
    public void insertUserScore(String userId, double score, long index) {  
        List<Object> rankingList = redisTemplate.opsForList().range(RANKING_KEY, 0, -1);  
        redisTemplate.opsForList().leftPush(RANKING_KEY, score, index);  
    }
    /**  
     * 在用户排名列表中删除用户分数  
     * @param userId 用户 ID  
     * @param index 删除位置，0 表示删除第一个元素，1 表示删除第二个元素，依此类推  
     */  
    public void deleteUserScore(String userId, long index) {  
        List<Object> rankingList = redisTemplate.opsForList().range(RANKING_KEY, 0, -1);  
        redisTemplate.opsForList().rightPop(RANKING_KEY, index);  
    }
    /**  
     * 获取用户排名列表中的最后一个元素  
     * @return 用户排名列表中的最后一个元素  
     */  
    public Object getLastUserScore() {  
        return redisTemplate.opsForList().rightPop(RANKING_KEY);  
    }
    /**  
     * 获取用户排名列表中的第一个元素  
     * @return 用户排名列表中的第一个元素  
     */  
    public Object getFirstUserScore() {  
        return redisTemplate.opsForList().leftPop(RANKING_KEY);  
    }
    /**  
     * 在用户排名列表中添加元素  
     * @param score 添加的分数  
     */  
    public void addUserScore(double score) {  
        redisTemplate.opsForList().rightPush(RANKING_KEY, score);  
    }
    /**  
     * 在用户排名列表中删除元素  
     * @param index 删除位置，0 表示删除第一个元素，1 表示删除第二个元素，依此类推  
     */  
    public void deleteUserScore(long index) {  
        redisTemplate.opsForList().rightPop(RANKING_KEY, index);  
    }
    /**  
     * 获取用户排名列表  
     * @return 用户排名列表  
     */  
    public List<Object> getUserRankingList() {  
        return redisTemplate.opsForList().range(RANKING_KEY, 0, -1);  
    }
    /**  
     * 设置用户排名列表的长度  
     * @param length 用户排名列表的新长度  
     */  
    public void setUserRankingListLength(long length) {  
        redisTemplate.opsForList().setSize(RANKING_KEY, length);  
    }
    /**  
     * 获取用户排名  
     *  
     * @param userId 用户 ID  
     * @return 用户排名，如果用户不存在，返回 -1  
     */  
    public int getUserRanking(String userId) {  
        List<Object> rankingList = getRankingList();  
        Object userScore = getUserRanking(userId);  
        if (userScore == null) {  
            return -1;  
        }
                     int rank = 0;    
        for (Object score : rankingList) {    
            if (score.equals(userScore)) {    
                break;    
            }    
            rank++;    
        }    
        return rank;    
    }
    /**  
     * 获取用户排名列表中的指定位置的元素  
     *  
     * @param index 指定位置，从 0 开始  
     * @return 用户排名列表中的指定位置的元素  
     */  
    public Object getUserRankingListElement(long index) {  
        return redisTemplate.opsForList().range(RANKING_KEY, 0, -1).get(index);  
    }
    /**  
     * 获取用户排名列表中的用户分数  
     *  
     * @param userId 用户 ID  
     * @return 用户排名列表中的用户分数，如果用户不存在，返回 null  
     */  
    public Object getUserRanking(String userId) {  
        ValueOperations<String, RankingEntity> valueOperations = redisTemplate.opsForValue();  
        return valueOperations.get(RANKING_KEY + ":" + userId);  
    }
    /**  
     * 是否存在用户  
     *  
     * @param userId 用户 ID  
     * @return 是否存在用户  
     */  
    public boolean existsUser(String userId) {  
        ValueOperations<String, RankingEntity> valueOperations = redisTemplate.opsForValue();  
        return valueOperations.hasKey(RANKING_KEY + ":" + userId);  
    }
    /**  
     * 清除所有用户排名数据  
     */  
    public void clearAllUserRankingData() {  
        redisTemplate.delete(RANKING_KEY);  
    }  
}

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