玩转Redis - 使用有序集合(sorted sets)实现投票游戏

redis是一种提供多种数据类型的开源key-value存储系统，通常将数据全部存储在内存中。

child

redis是目前最受欢迎的key-value存储系统，是基于内存存储kv的数据库，合理的使用redis作为缓存，可以极大的改善系统的性能和服务器请求响应时间。

redis除了基本的kv存储以外，还实现了哈希(Map), 列表(list), 集合(sets) 和有序集合(sorted sets)等数据类型；结合内存和数据结构的特性，在业务功能实现实现过程中，可以更灵活的实现很多特性。

今天介绍的是有序集合，这种数据结构，我们在实际的业务过程中使用了有序集合，并且收获到一些有价值的经验。

什么是有序集合

在redis提供的数据类型中，有序集合（Sorted Set）和集合（Set），在集合中不能添加重复的元素，相同值的元素只能有一个；有序集合不同于集合的是，它可以给每个元素设置一个double类型的分数，通过这个值，redis为集合中的成员进行从小到大的排序。

skiplist

在redis中，有序集合的实现，使用的是一种叫skiplist数据结构，这种数据结构可以让get、set、add和remove等操作的预期时间达到O(log N)，具体的原理，有兴趣可以自己了解。

有序集合提供了丰富的操作，可以在很多应用场景应用。

zunionstore 是求两个有序集合的并集，可以用来合并两个投票中所有参与的人的排行榜。
zinterstore 是求两个集合的交集，通过它，可以获得同时参加多个候选人投票的名单列表。
zrevrank 方便的查询某个元素在有序集合中的位置，也就是投票的排名。
zscore 用来查询某个元素在集合中的分数
zrevrank 返回某个元素在集合中的位置
zrevrangebyscore 获取某个分数区间内元素的排行榜

有序集合提供了从小到大和从大到小两种排行榜，其中有rev的命令，返回的是从大到小的集合。

设计投票游戏

之所以会在投票游戏中选用redis，主要考虑高并发的支持，在实际应用的场景中，因为投票的时候可能有很高的并发投票和实时投票结果查询，如果所有操作都直接操作数据库，那么会对数据库造成较大的负载。经过考察技术方案和实现成本，决定采用redis提供的有序集合，实现投票过程和实时排名的展示，直接读取缓存，避免了非核心业务对数据库的突发高并发访问。

投票游戏的用户故事

创建投票的候选人
创建用户
用户参加活动，获得一定数量的投票额度
用户使用投票额度为候选人投票
候选人查看为自己投票的用户的计票排名
所有人查看实时的候选人选票排名

游戏流程

vote

首先是可以有管理员，创建候选人和用户，或者候选人和用户自己注册，这个取决于具体的场景的需要。本次demo提供的接口是用户和候选人自己注册的模式。存储用户和候选人信息，最简单实现可以用redis的字符串类型key/value，本身就是hash，也可以使用redis提供的HASH类型。

创建用户以后，为用户分配投票额度是要做的工作，通过redis的字符串类型，INCR实现，可以保证操作的原子性。投票过程同样在这个数据结构上减去一定的值，但是为了防止并发情况下，用户使用超过自己拥有的额度，需要设计一个锁，只有在获得锁之后，才能做DECR操作。

投票扣减用户的额度之后，就可以操作核心数据结构，有序集合。第一步是为特定的候选人增加上获得的投票，这个是所有候选人的id作为键的有序集合，分数就是获得的总票数；同时在用户针对这名候选人的投票记录上，也记录每个用户为同一个候选人投票的排名。

实现上面的操作之后，获得实时投票排名，就是一件很轻松的工作。有序集合提供的操作可以简单的查询出各种排名有关的名单。

编码实现redis的调用

设计好游戏流程之后，就可以开始直接动手实现了，下面用redis-cli命令，以伪代码的形式展示一下竞猜的整个流程，可以直接在redis客户端下查看效果。

redis-cli伪代码

创建用户和竞选的候选人

set voter:1 0
set voter:2 0
set voter:3 0

set elector:1 name
set elector:2 name

为用户分配额度

incrby voter:1 50
incrby voter:2 40
incrby voter:3 60

用户投票

# voter:1
# 增加总榜单
zincrby elector:total:list 25 elector:1
# 增加竞选人榜单
zincrby elector:single:elector:1 25 voter:1
decrby voter:1 25

# voter:2
zincrby elector:total:list 12 elector:1
zincrby elector:single:elector:1 12 voter:2
decrby voter:2 12

# voter:3
zincrby elector:total:list 40 elector:2
zincrby elector:single:elector:2 40 voter:3
decrby voter:3 40

各种榜单

# 总候选人榜单
zrevrange elector:total:list 0 -1 WITHSCORES

# 投候选人1的名单
zrevrange elector:single:elector:1 0 -1 WITHSCORES

# 创建用户投票排行
zunionstore voter:total:elector 2 elector:single:elector:1 elector:single:elector:2
# 查看用户1的排名(返回下标从0开始)
zrevrank voter:total:elector voter:1

下图是运行结果：

redis-cli

node.js代码

查看代码Node.js实现

最后，我们用node.js实现了一个简单的后端服务demo，javascript的数据结构和redis SDK比较清晰的展示原生命令的调用效果。demo演示了各种api的调用，可以安装说明，使用curl调用对应的接口效果。

实现过程中，我们可以看到，如果直接使用命令，其实整个投票过程只需要非常简单的几个命令就可以完成。而demo中演示的代码，相比命令，增加了很多提供接口访问和sdk调用相关的代码；如果最后为生产应用编写一个投票程序，根据业务逻辑的需要和容量规划，还需要考虑更多的细节，软件开发本身也是这样的过程，从一个简单的想法和创意开始，然后需要考虑更多的现实场景和需求，不断的在程序中还原出整个构想。