如何设计一个排行榜？

排行榜到处可见，比如直播间送礼物的排行榜、朋友圈的微信步数排行榜、王者荣耀中的段位排行榜等等。

今天让我们从程序设计的角度，来看看如何设计一个排行榜！

我们先从最基础的实现方式来说起。

MySQL 的 ORDER BY 关键字

第一种要介绍的实现方式就是直接使用 MySQL 的 ORDER BY 关键字。 ORDER BY 关键字可以对查询出来的数据按照指定的字段进行排序。

我相信但凡是学过 MySQL 的人，一定都用过 ORDER BY 关键字！没用过的，先不要看下面的文章了，麻烦默默反思 3 分钟。

SELECT column1, column2, ...
FROM table_name
ORDER BY column1, column2, ... ASC/DESC;

我之前在一个用户数据量不大（6w 用户左右）并且排序需求并不复杂的项目中使用的就是这种方法。

这种方式的优缺点也比较明显。好处是比较简单，不需要引入额外的组件，成本比较低。坏处就是每次生成排行榜都比较耗时，对数据库的性能消耗非常之大，数据量一大，业务场景稍微复杂一点就顶不住了。

我们这里创建一个名为 cus_order 的表，来实际测试一下这种排序方式。为了测试方便， cus_order 这张表只有 id、score、name这 3 个字段。

CREATE TABLE `cus_order` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `score` int(11) NOT NULL,
  `name` varchar(11) NOT NULL DEFAULT '',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=100000 DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

我们定义一个简单的存储过程（PROCEDURE）来插入 100w 测试数据。

DELIMITER ;;
CREATE DEFINER=`root`@`%` PROCEDURE `BatchinsertDataToCusOder`(IN start_num INT,IN max_num INT)
BEGIN
      DECLARE i INT default start_num;
      WHILE i < max_num DO
          insert into `cus_order`(`id`, `score`, `name`)
          values (i,RAND() * 1000000,CONCAT('user', i));
          SET i = i + 1;
      END WHILE;
  END;;
DELIMITER ;

存储过程定义完成之后，我们执行存储过程即可！

CALL BatchinsertDataToCusOder(1, 1000000); # 插入100w+的随机数据

等待一会，100w 的测试数据就插入完成了！

为了能够对这 100w 数据按照 score 进行排序，我们需要执行下面的 SQL 语句。

SELECT `score`,`name` FROM `cus_order` ORDER BY `score` DESC;#降序排序

为了能够查看这套 SQL 语句的执行时间，我们需要通过show profiles命令。

不过，请确保你的 profiling 是开启（on）的状态（可以通过 show variables 命令查看）。

默认情况下， profiling 是关闭（off）的状态，你直接通过set @@profiling=1命令即可开启。

然后，我们就查询到了具体的执行速度。

{
  "Query_ID": 6,
  "Duration": 3.63526325,
  "Query": "SELECT `score`,`name` FROM `cus_order` ORDER BY `score` DESC"
}

可以看到，一共耗时了接近 4 s。

如何优化呢？ 加索引并且限制排序数据量 是一种比较常见的优化方式。

我们对 score 字段加索引，并限制只排序 score 排名前 500 的数据。

这个时候，我们再执行下面的 SQL 语句，速度就快了很多，只需要 0.01 秒就排序了前 500 名的数据。

{
  "Query_ID": 38,
  "Duration": 0.0102915,
  "Query": "SELECT `score`,`name` FROM `cus_order` ORDER BY `score` DESC LIMIT 500"
}

当然了，这只是一个最简单的场景，实际项目中的复杂度要比我这里列举的例子复杂很多，执行速度也会慢很多。

不过，能不能用 MySQL 的 ORDER BY 关键字还是要看具体的业务场景。如果说你的项目需要排序数据量比较小并且业务场景不复杂的话（比如你对你博客的所有文章按照阅读量来排序），我觉得直接使用 MySQL 的 **ORDER BY** 关键字就可以了。

Redis 的 Sorted Set

了解过 Redis 常见数据结构的小伙伴，都知道 Redis 中有一个叫做 Sorted Set 的数据结构经常被用在各种排行榜的场景下。

通过 Sorted Set，我们能够轻松应对百万级别的用户数据排序。这简直就是专门为排行榜设计的数据结构啊！

Sorted Set 介绍

Sorted Set 类似于 Set，但和 Set 相比，Sorted Set 增加了一个权重参数 score，使得集合中的元素能够按 score 进行有序排列，还可以通过 score 的范围来获取元素的列表。有点像是 Java 中 HashMap 和 TreeSet 的结合体。

Sorted Set 常用命令

命令	介绍
ZADD key score1 member1 score2 member2 ...	向指定有序集合添加一个或多个元素
ZCARD KEY	获取指定有序集合的元素数量
ZSCORE key member	获取指定有序集合中指定元素的 score 值
ZINTERSTORE destination numkeys key1 key2 ...	将给定所有有序集合的交集存储在 destination 中，对相同元素对应的 score 值进行 SUM 聚合操作，numkeys 为集合数量
ZUNIONSTORE destination numkeys key1 key2 ...	求并集，其它和 ZINTERSTORE 类似
ZDIFF destination numkeys key1 key2 ...	求差集，其它和 ZINTERSTORE 类似
ZRANGE key start end	获取指定有序集合 start 和 end 之间的元素（score 从低到高）
ZREVRANGE key start end	获取指定有序集合 start 和 end 之间的元素（score 从高到底）
ZREVRANK key member	获取指定有序集合中指定元素的排名(score 从大到小排序)

更多 Redis Sorted Set 命令以及详细使用指南，请查看 Redis 官网对应的介绍：https://redis.io/commands/?group=sorted-set 。

Sorted Set 排序实战

基本排序操作

我们把下表中的数据添加到 Sorted Set 中。

User	Score
user1	112.0
user2	100.0
user3	123.0
user4	100.0
user5	33.0
user6	993.0

# 通过 zadd 命令添加了 6 个元素到 cus_order_set 中
127.0.0.1:6379> ZADD cus_order_set 112.0 user1 100.0 user2 123.0 user3 100.0 user4 33.0 user5 993.0 user6
(integer) 6

Sorted Set 基本可以满足大部分排行榜的场景，下面我们来具体看看。

如果我们要查看包含所有用户的排行榜怎么办？

通过 ZRANGE (从小到大排序) / ZREVRANGE （从大到小排序）

# -1 代表的是全部的用户数据，
127.0.0.1:6379> ZREVRANGE cus_order_set 0 -1
1) "user6"
2) "user3"
3) "user1"
4) "user4"
5) "user2"
6) "user5"

如果我们要查看只包含前 3 名的排行榜怎么办？

限定参与排序的元素范围区间即可。

# 0 为 start  2 为 stop
127.0.0.1:6379> ZREVRANGE cus_order_set 0 2
1) "user6"
2) "user3"
3) "user1"

如果我们需要查询某个用户的分数怎么办呢？

通过 ZSCORE 命令即可。 ZSCORE 可以获取指定有序集合中指定元素的 score 值。

127.0.0.1:6379> ZSCORE  cus_order_set "user1"
"112"

如果我们需要查询某个用户的具体排名怎么办呢？

通过 ZREVRANK 命令即可。 ZREVRANK 可以获取指定有序集合中指定元素的排名(score 从大到小排序)

127.0.0.1:6379> ZREVRANK  cus_order_set "user3"
(integer) 1 # user3 排名第2

如何对用户的排名数据进行更新呢？

通过 ZINCRBY命令即可。 ZINCRBY可以对指定有序集合中指定元素的 score 值加上一个具体的数值（可以是整数值或双精度浮点数），这个数值如果是负数的话，就相当于实现一个减操作。

# 对 user1 的分数加2
127.0.0.1:6379> ZINCRBY cus_order_set +2 "user1"
"114"
# 对 user1 的分数减1
127.0.0.1:6379> ZINCRBY cus_order_set -1 "user1"
"113"
# 查看 user1 的分数
127.0.0.1:6379> ZSCORE  cus_order_set "user1"
"113"

除了我上面提到的之外，还有一些其他的命令来帮助你解决更多排行榜场景的需求，想要深入研究的小伙伴可以仔细学习哦！

不过，需要注意的一点是：Redis 中只保存了排行榜展示所需的数据，需要用户的具体信息数据的话，还是需要去对应的数据库（比如 MySQL）中查。

复杂排序操作

你以为这样就完事了？

不存在的！还有一些无法仅仅通过 Redis 提供的命令解决的场景。

比如，如何实现多条件排序？

其实，答案也比较简单，对于大部分场景，我们直接对 score 值做文章即可。

更具体点的话就是，我们根据特定的条件来拼接 score 值即可。比如我们还要加上时间先后条件的话，直接在score 值添加上时间戳即可。

再比如，如何实现指定日期（比如最近 7 天）的用户数据排序？

我说一种比较简单的方法：我们把每一天的数据都按照日期为名字，比如 20350305 就代表 2035 年 3 月 5 号。

如果我们需要查询最近 n 天的排行榜数据的话，直接 ZUNIONSTORE来求 n 个 sorted set 的并集即可。

ZUNIONSTORE destination numkeys key1 key2 ...：求并集，将给定所有有序集合的并集存储在 destination 中，对相同元素对应的 score 值进行 SUM 聚合操作(可以通过AGGREGATE 参数指定聚合函数，默认为 SUM)，numkeys 为集合数量。

ZUNIONSTORE last_n_days n 20350305 20350306....

不知道大家看懂了没有，这里还是简单地造一些数据模拟一下吧！

Zset 20350305 :

User	Score
user1	112.0
user2	100.0
user3	123.0

Zset 20350306 :

User	Score
user1	80.0
user4	100.0

Zset 20350307 :

User	Score
user4	33.0
user5	993.0

# 分别添加了 3 天的数据
127.0.0.1:6379> ZADD 20350305 112.0 user1 100.0 user2 123.0 user3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> ZADD 20350306 80.0 user1 100.0 user4
(integer) 2
127.0.0.1:6379> ZADD 20350307 33.0 user4 993.0 user5
(integer) 2

通过 ZUNIONSTORE 命令来查看最近 3 天的排行榜情况：

127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE last_3_days 3 20350305 20350306 20350307
(integer) 5

现在，这 3 天的数据都集中在了 last_3_days 这个有序集合中。

127.0.0.1:6379> ZRANGE last_3_days 0 -1 WITHSCORES
 1) "user2"
 2) "100"
 3) "user3"
 4) "123"
 5) "user4"
 6) "133"
 7) "user1"
 8) "192"
 9) "user5"
10) "993"

如果一个用户同时在多个 sorted set 中的话，它最终的 score 值就等于这些 sorted set 中该用户的 score 值之和。

如果说你不想对 score 值求和也没关系，我们通过 AGGREGATE 参数指定聚合函数：

SUM：对于不同集合的相同元素使用和作为结果集中对应元素的score。默认使用 SUM，如果不指定的话。
MIN：对于不同集合的相同元素使用某个元素最小的score 值作为结果集中对应元素的score。
MAX：对于不同集合的相同元素使用某个元素最大的score 值作为结果集中对应元素的score。

指定聚合函数为 MAX 的情况：

127.0.0.1:6379>  ZUNIONSTORE last_3_days 3 20350305 20350306 20350307 AGGREGATE MAX
(integer) 5
127.0.0.1:6379> ZRANGE last_3_days 0 -1 WITHSCORES
 1) "user2"
 2) "100"
 3) "user4"
 4) "100"
 5) "user1"
 6) "112"
 7) "user3"
 8) "123"
 9) "user5"
10) "993"

指定聚合函数为 MIN 的情况：

127.0.0.1:6379> ZRANGE last_3_days 0 -1 WITHSCORES
 1) "user4"
 2) "33"
 3) "user1"
 4) "80"
 5) "user2"
 6) "100"
 7) "user3"
 8) "123"
 9) "user5"
10) "993"

既然可以求并集，那必然也可以求交集。你可以通过 ZINTERSTORE 命令来求多个 n 个 sorted set 的交集。

ZINTERSTORE destination numkeys key1 key2 ... :将给定所有有序集合的交集存储在 destination 中，对相同元素对应的 score 值进行 SUM 聚合操作，numkeys 为集合数量。

有哪些场景可以用到多个**sorted set**** 的交集呢？**

比如每日打卡的场景，你对某一段时间每天打卡的人进行排序。

ZUNIONSTORE 和 ZINTERSTORE命令还有一个常用的权重参数 weights （默认为 1）。在进行并集/交集的过程中，每个集合中的元素会将自己的 score *weights 。

我下面演示一下这个参数的作用。

# staff_set 存放员工的排名信息
127.0.0.1:6379> ZADD staff_set 3.0 staff1 4.0 staff2
(integer) 2
# staff_set 存放管理者的排名信息
127.0.0.1:6379> ZADD manager_set 1.0 manager1 2.0 manager2
(integer) 2

如果，我们需要将员工和管理者放在一起比较，不过，两者权重分别为 1 和 3。

# staff_set 的权重为1 manager_set的权重为3
127.0.0.1:6379> ZUNIONSTORE all_user_set 2 staff_set manager_set WEIGHTS 1 3
(integer) 4

最终排序的结果如下：

127.0.0.1:6379> ZREVRANGE all_user_set 0 -1 WITHSCORES
1) "manager2"
2) "6"
3) "staff2"
4) "4"
5) "staff1"
6) "3"
7) "manager1"
8) "3"

总结

上面我一共提到了两种设计排行榜的方法：

MySQL 的 ORDER BY 关键字
Redis 的 sorted set

其实，这两种没有孰好孰坏，还是要看具体的业务场景。如果说你的项目需要排序数据量比较小并且业务场景不复杂的话（比如你对你博客的所有文章按照阅读量来排序），我觉得直接使用 MySQL 的 ORDER BY 关键字就可以了，没必要为了排行榜引入一个 Redis。

另外，在没有分页并且数据量不大的情况下，直接在前端拿到所有需要用到的数据之后再进行排序也是可以的。

MySQL 的 ORDER BY 关键字​

Redis 的 Sorted Set​

Sorted Set 介绍​

Sorted Set 常用命令​

Sorted Set 排序实战​

基本排序操作​

复杂排序操作​

总结​