​深度剖析排行榜设计：从基础到亿级用户场景

基于数据库：小场景下的实用之选

对于一些数据量较小、业务逻辑相对简单的场景，数据库成为了排行榜设计的首选工具。就拿一个小型比赛的排行榜来说，假设参赛队伍仅有寥寥数支，排行榜表中的数据量始终保持在一个较低的水平。此时，借助数据库的排序功能，如MySQL中的order by语句，便能轻松实现排行榜的基本功能。

基于Redis：高效排行榜的核心引擎

ZSet数据结构基础

ZSet是Redis中的有序集合数据结构，每个元素（member）都关联一个分数（score），ZSet会根据分数对元素进行排序。元素在集合中唯一，但分数可以相同，当分数相同时，按字典序排列。例如，在一个游戏排行榜中，玩家ID是member，玩家的游戏积分就是score。

实现排行榜常用的Redis命令

1. 添加元素（ZADD）：用于向ZSet中添加一个或多个元素。
   • 命令格式：ZADD key score member [score member ...]
   • 示例：在一个名为game_rank:202410（表示2024年10月的游戏排行榜）的ZSet中添加玩家数据，假设玩家player1的积分为1000，player2的积分为1200，命令如下：

    ZADD game_rank:202410 1000 player1 1200 player2

• 返回值：返回成功添加的新元素数量（不包括已存在且分数未更新的元素）。例如，如果game_rank:202410原本为空，执行上述命令后，返回(integer) 2 ；若player1已存在且分数不变，仅添加了player2，则返回(integer) 1。
• 增加元素分数（ZINCRBY）：对ZSet中指定元素的分数进行增加操作。
  • 命令格式：ZINCRBY key increment member
  • 示例：玩家player1在游戏中又获得了200积分，更新其分数的命令为：

    ZINCRBY game_rank:202410 200 player1

• 返回值：返回更新后的分数。假设player1之前分数为1000，执行上述命令后，返回"1200"。
• 获取元素排名（ZRANK/ZREVRANK）：ZRANK按分数从低到高返回元素排名（排名从0开始），ZREVRANK按分数从高到低返回排名。ZREVRANK game_rank:202410 player2
  • 命令格式：ZRANK key member 、ZREVRANK key member
  • 示例：获取玩家player2在排行榜中的排名，从高到低排名命令如下：
  • 返回值：返回元素的排名，如果元素不存在则返回nil。比如player2在game_rank:202410中排名第2（从高到低且排名从0开始），则返回(integer) 1 ；若player2不存在，返回(nil)。
• 获取指定排名范围的元素（ZRANGE/ZREVRANGE）：ZRANGE按分数从低到高返回指定排名范围内的元素，ZREVRANGE按分数从高到低返回。可通过withscores参数返回元素及其分数。ZREVRANGE game_rank:202410 0 2 withscores
  • 命令格式：ZRANGE key start end [withscores] 、ZREVRANGE key start end [withscores]
  • 示例：获取游戏排行榜中排名前三的玩家及其分数，命令如下：
  • 返回值：返回指定排名范围内的元素列表，如果使用withscores则同时返回分数。例如，若game_rank:202410中有player4（分数1800）、player3（分数1500）、player5（分数1200），执行上述命令后，返回值可能为：

1) "player4"
2) "1800"
3) "player3"
4) "1500"
5) "player5"
6) "1200"

1. 获取元素分数（ZSCORE）：获取ZSet中指定元素的分数。ZSCORE game_rank:202410 player1
   • 命令格式：ZSCORE key member
   • 示例：获取玩家player1的分数，命令为：
   • 返回值：返回元素的分数，如果元素不存在则返回nil。若player1分数为1200，返回"1200"；若player1不存在于game_rank:202410中，返回(nil)。
2. 删除元素（ZREM）：从ZSet中删除一个或多个元素。ZREM game_rank:202410 player2
   • 命令格式：ZREM key member [member ...]
   • 示例：假设玩家player2退出游戏，要从排行榜中删除他，命令如下：
   • 返回值：返回成功删除的元素数量。若player2存在于game_rank:202410中，执行命令后返回(integer) 1；若player2不存在，则返回(integer) 0。

综合示例：构建一个简单的游戏排行榜

假设我们要构建一个游戏排行榜，记录玩家的积分并实时更新和展示。

1. 初始化排行榜：添加一些初始玩家数据。ZADD game_rank:202410 1500 player3 1800 player4 1200 player5执行该命令后，若game_rank:202410原本为空，返回(integer) 3。 2. 更新玩家积分：玩家player3获得了300积分。ZINCRBY game_rank:202410 300 player3执行该命令后，假设player3之前积分是1500，返回"1800"。 3. 获取排行榜信息 获取排行榜前两名玩家及其分数：

ZREVRANGE game_rank:202410 0 1 withscores

假设此时game_rank:202410中有player4（分数1800）、player3（分数1800）、player5（分数1200），返回值可能为：

1) "player4"
2) "1800"
3) "player3"
4) "1800"

• 获取玩家player4的排名：

ZREVRANK game_rank:202410 player4

若player4在game_rank:202410中排名第1（从高到低且排名从0开始），返回(integer) 0。

• 获取玩家player5的分数：

    ZSCORE game_rank:202410 player5

若player5分数为1200，返回"1200"。

通过上述Redis的ZSet命令，我们可以高效地实现一个功能完善的排行榜系统，满足实时更新、查询排名和分数等需求。在实际应用中，可根据具体业务场景对这些命令进行灵活组合和扩展。

亿级用户排行榜：挑战与突破

分治思想：化繁为简的智慧策略

当面对亿级用户的超大规模排行榜时，传统的设计方案往往显得力不从心。以王者荣耀为例，为了应对如此庞大的用户基数，我们引入了分治思想。首先，根据游戏中的段位将用户进行分组，每个段位如同一个独立的“桶”，对应Redis中的一个key。通过这种方式，将庞大的用户群体进行了有效的划分，降低了单个排行榜的处理压力。

桶的管理与排名计算：精准定位的关键

在每个桶中，我们可以利用Redis的zcard命令快速获取桶内集合的大小，这一操作的时间复杂度仅为O(1)，为后续的排名计算提供了高效的支持。当计算用户的全服排名时，需要综合考虑其在所在桶内的排名以及前面所有桶中的元素个数。例如，一个处于钻石段位的用户，其全服排名等于钻石段位桶内的排名加上前面青铜、白银、黄金等段位桶内的元素总数。

然而，在实际应用中，用户在各个段位的分布往往并不均匀。为了进一步优化排行榜的性能，我们需要对每个桶进行更为细致的划分，比如按照小段位或者积分区间进行细分。同时，借助数据分析手段，深入了解用户的分布规律，运用数学知识精准预估每个桶的大小，从而实现排行榜的高效管理与精准计算。