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

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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：

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。
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。
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。
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。
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。
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：

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>

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

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;  
    }  
}

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  
}

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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