用 Redis 搞定游戏中的实时排行榜,附源码!

沙海
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2021年7月19日01:24:20
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智能摘要

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O(log(N)+M),N为有序集的基数,而M为结果集的基数。Pipeline管线化,是在客户端将命令缓冲,因此可以将多条请求合并为一条发送给服务端.但是不保证原子性!!!这就是一个排行榜最简单的实现了,排行项的积分计算由外部自行处理。最近面试BAT,整理一份面试资料《Java面试BATJ通关手册》,覆盖了Java核心技术、JVM、Java并发、SSM、微服务、数据库、数据结构等等。

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用 Redis 搞定游戏中的实时排行榜,附源码!

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用 Redis 搞定游戏中的实时排行榜,附源码!

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来源:嘉兴ing

来源:segmentfault.com/a/1190000019139010

1. 前言

前段时间刚为项目(手游)实现了一个实时排行榜功能, 主要特性:

  • 实时全服排名

  • 可查询单个玩家排名

  • 支持双维排序

数据量不大, 大致在 1W ~ 50W区间(开服, 合服会导致单个服角色数越来越多).

2. 排行榜分类

按照排行主体类型划分, 主要分为:

  • 角色

  • 军团(公会)

  • 坦克

该项目是个坦克手游, 大致情况是每个角色有N辆坦克, 坦克分为多种类型(轻型, 重型等), 玩家可加入一个军团(公会).

具体又可以细分为:

  • 角色

 - 战斗力排行榜(1. 战斗 2.等级) - 个人竞技场排行榜(1. 竞技场排名) - 通天塔排行榜(1.通天塔层数 2.通关时间) - 威望排行榜(1.威望值 2.等级)
  • 军团(公会)

 - 军团等级排行榜(1.军团等级 2.军团总战斗力)
  • 坦克(1.坦克战斗力 2.坦克等级)

 - 中型 - 重型 - 反坦克炮 - 自行火炮

↑ 括号内为排序维度

3. 思路

基于实时性的考虑, 决定使用Redis来实现该排行榜.

文章中用到的redis命令如有不清楚的, 可参照  Redis在线手册  .

需要解决如下问题:

  1. 复合排序(2维)

  2. 排名数据的动态更新

  3. 如何取排行榜

4. 实现 复合排序

基于Redis的排行榜主要使用的是Redis的 有序集合(SortedSet)来实现

添加 成员-积分 的操作是通过Redis的zAdd操作ZADD key score member [[score member] [score member] ...]

默认情况下, 若score相同, 则按照 member 的字典顺序排序.

4.1 等级排行榜

首先以等级排行榜(1. 等级 2.战力)为例, 该排行榜要求同等级的玩家, 战斗力大的排在前. 因此分数可以定为:

分数 = 等级*10000000000 + 战斗力

游戏中玩家等级范围是1~100, 战力范围0~100000000.

此处设计中为战斗力保留的值范围是 10位数值, 等级是 3位数值, 因此最大数值为 13位 .有序集合的score取值是是64位整数值或双精度浮点数, 最大表示值是 9223372036854775807, 即能完整表示 18位 数值,因此用于此处的 13位score 绰绰有余.

4.2 通天塔排行榜

另一个典型排行榜是 通天塔排行榜(1.层数 2.通关时间) , 该排行榜要求通过层数相同的, 通关时间较早的优先.

由于要求的是通关时间较早的优先, 因此不能像之前那样直接 分数=层数*10^N+通关时间 .

我们可以将通关时间转换为一个相对时间, 即 分数=层数*10^N + (基准时间 - 通关时间)很明显的, 通关时间越近(大), 则 基准时间 - 通关时间 值越小, 符合该排行榜要求.

基准时间的选择则随意选择了较远的一个时间 2050-01-01 00:00:00 , 对应时间戳2524579200

最终, 分数 = 层数_ 10^N + (2524579200 - 通过时间戳)述分数公式中, N取10, 即保留10位数的相对时间.

4.3 坦克排行榜

坦克排行榜跟其他排行榜的区别在于, 有序集合中的 member 是一个复合id, 由 uid_tankId 组成.这点是需要注意的.

5. 排名数据的动态更新

还是以等级排行榜为例

游戏中展示的等级排行榜所需的数据包括(但不限于):

  • 角色名

  • Uid

  • 战斗力

  • 头像

  • 所属公会名

  • VIP等级

由于这些数据在游戏过程中是会动态变更的, 因此此处不考虑将这些数据直接作为 member 存储在有序集合中.用于存储玩家等级排行榜有序集合如下

    -- s1:rank:user:lv ---------- zset --    | 玩家id1    | score1    | ...    | 玩家idN    | scoreN    -------------------------------------

member为角色uid, score为复合积分

使用hash存储玩家的动态数据(json)

    -- s1:rank:user:lv:item ------- string --    | 玩家id1    | 玩家数据的json串    | ...    | 玩家idN    |     -----------------------------------------

使用这种方案, 只需要在玩家创建角色时, 将该角色添加到等级排行榜中, 后续则是当玩家 等级战斗力 发生变化时需实时更新 s1:rank:user:lv 该玩家的复合积分即可. 若玩家其他数据(用于排行榜显示)有变化, 则也相应地修改其在 s1:rank:user:lv:item 中的数据json串.

6. 取排行榜

依旧以等级排行榜为例.

目的

    需要从 `s1:rank:user:lv` 中取出前100名玩家, 及其数据.    

用到的Redis命令

    [`ZRANGE key start stop [WITHSCORES]`](http://redisdoc.com/sorted_set/zrange.html)    时间复杂度: O(log(N)+M), N 为有序集的基数,而 M 为结果集的基数。    

步骤

  1. zRange("s1:rank:user:lv", 0, 99) 获取前100个玩家的uid

  2. hGet("s1:rank:user:lv:item", $uid) 逐个获取前100个玩家的具体信息

具体实现时, 上面的步骤2是可以优化的.

分析

  • zRange时间复杂度是O(log(N)+M) , N 为有序集的基数,而 M 为结果集的基数

  • hGet时间复杂度是 O(1)

  • 步骤2由于最多需要获取100个玩家数据, 因此需要执行100次, 此处的执行时间还得加上与redis通信的时间, 即使单次只要1MS, 最多也需要100MS.

解决

  • 借助Redis的Pipeline, 整个过程可以降低到只与redis通信2次, 大大降低了所耗时间.

以下示例为php代码

    // $redis    $redis->multi(Redis::PIPELINE);    foreach ($uids as $uid) {        $redis->hGet($userDataKey, $uid);    }    $resp = $redis->exec();    // 结果会一次性以数组形式返回

Tip: Pipeline 与 Multi 模式的区别

参考:  https://blog.csdn.net/weixin_...

  • Pipeline 管线化, 是在客户端将命令缓冲, 因此可以将多条请求合并为一条发送给服务端. 但是 不保证原子性 !!!

  • Multi 事务, 是在服务端将命令缓冲, 每个命令都会发起一次请求, 保证原子性 , 同时可配合 WATCH 实现事务, 用途是不一样的.

7. Show The Code

    <?php    class RankList    {        protected $rankKey;        protected $rankItemKey;        protected $sortFlag;        protected $redis;            public function __construct($redis, $rankKey, $rankItemKey, $sortFlag=SORT_DESC)        {            $this->redis = $redis;            $this->rankKey = $rankKey;            $this->rankItemKey = $rankItemKey;            $this->sortFlag = SORT_DESC;        }            /**         * @return Redis         */        public function getRedis()        {            return $this->redis;        }            /**         * @param Redis $redis         */        public function setRedis($redis)        {            $this->redis = $redis;        }            /**         * 新增/更新单人排行数据         * @param string|int $uid         * @param null|double $score         * @param null|string $rankItem         */        public function updateScore($uid, $score=null, $rankItem=null)        {            if (is_null($score) && is_null($rankItem)) {                return;            }                $redis = $this->getRedis()->multi(Redis::PIPELINE);            if (!is_null($score)) {                $redis->zAdd($this->rankKey, $score, $uid);            }            if (!is_null($rankItem)) {                $redis->hSet($this->rankItemKey, $uid, $rankItem);            }            $redis->exec();        }            /**         * 获取单人排行         * @param string|int $uid         * @return array         */        public function getRank($uid)        {            $redis = $this->getRedis()->multi(Redis::PIPELINE);            if ($this->sortFlag == SORT_DESC) {                $redis->zRevRank($this->rankKey, $uid);            } else {                $redis->zRank($this->rankKey, $uid);            }            $redis->hGet($this->rankItemKey, $uid);            list($rank, $rankItem) = $redis->exec();            return [$rank===false ? -1 : $rank+1, $rankItem];        }            /**         * 移除单人         * @param $uid         */        public function del($uid)        {            $redis = $this->getRedis()->multi(Redis::PIPELINE);            $redis->zRem($this->rankKey, $uid);            $redis->hDel($this->rankItemKey, $uid);            $redis->exec();        }            /**         * 获取排行榜前N个         * @param $topN         * @param bool $withRankItem         * @return array         */        public function getList($topN, $withRankItem=false)        {            $redis = $this->getRedis();            if ($this->sortFlag === SORT_DESC) {                $list = $redis->zRevRange($this->rankKey, 0, $topN);            } else {                $list = $redis->zRange($this->rankKey, 0, $topN);            }                $rankItems = [];            if (!empty($list) && $withRankItem) {                $redis->multi(Redis::PIPELINE);                foreach ($list as $uid) {                    $redis->hGet($this->rankItemKey, $uid);                }                $rankItems = $redis->exec();            }            return [$list, $rankItems];        }            /**         * 清除排行榜         */        public function flush()        {            $redis = $this->getRedis();            $redis->del($this->rankKey, $this->rankItemKey);        }    }

这就是一个排行榜最简单的实现了, 排行项的积分计算由外部自行处理。

<END>

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