Организация рейтингов с Sorted Sets — Redis

• Хранение в JSON
• Хранение в Lists
• Redis Sorted Sets
  • Запись
  • Получение лидерборда
• Резюме

Сегодня многие компании используют геймификацию для маркетинга и вовлечения аудитории. Например, трейдинговые платформы часто запускают турниры с большими призовыми фондами. Чтобы победить в турнире, нужно заработать как можно больше денег за определенный промежуток времени. Ключевая часть любого турнира — это лидерборд (таблица с рейтингом лидеров). Рейтинги мотивируют пользователей торговать больше, чтобы обогнать соперников.

Технически организация рейтингов — интересная задача. Все данные должны храниться в надежном хранилище: например, РСУБД. Однако при средней нагрузке сервера запрос на получение данных будет выполняться долго, потому что содержит агрегации и сортировку. Чтобы клиент не ждал несколько секунд при формировании рейтинга, используется кэширование в Redis. Но как лучше хранить лидерборд в кэше?

Рассмотрим пример с турниром на трейдинговой платформе. Данные содержат идентификаторы пользователей и количество заработанных денег. По этим данным формируется рейтинг:

Хранение в JSON

Самый очевидный способ — это хранить рейтинг в сериализованном виде, например, в JSON.

Этот способ имеет несколько существенных недостатков:

• очень много логики уходит на сторону приложения. Нужно реализовывать парсинг и обновление данных с сортировкой
• нельзя получить лидеров рейтинга простым способом. В любом случае придется доставать список всех пользователей. А если в турнире участвует более 1 млн. человек?

Хранение в Lists

Следующий возможный способ хранения — это Lists в Redis:

Из преимуществ такого подхода: появляется возможность получать ТОП-10 пользователей без чтения всего списка. Однако недостатки все еще присутствуют:

• все значения придется парсить при каждом чтении/записи со стороны сервера
• вставка/обновление рейтинга требует получения всего списка, что недопустимо при нагрузках на сервер
• все также нужно реализовать логику сортировки на стороне приложения

Redis Sorted Sets

В Redis существует структура данных Sorted Sets (отсортированные наборы), которая позволяет эффективно хранить и работать с лидербордами. Если Set представляет собой набор уникальных строк, то Sorted Set добавляет сортировку с помощью дополнительного параметра — рейтинга.

Запись

Чтобы добавить запись в лидерборд, используется команда zadd key score member [score member ...]:

127.0.0.1:6379> zadd leaderboard 100500 55
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd leaderboard 500 22
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd leaderboard 100 33
(integer) 1

При успешном добавлении нового участника возвращается единица. Если участник существовал, то он перезапишется с новым значением, и команда вернет 0.

Если участник заработал какую-то сумму, то можно прибавить ее к рейтингу командой zincrby key increment member:

127.0.0.1:6379> zincrby leaderboard 500 22
"1000"

В ответе возвращается новый рейтинг участника.

Получение лидерборда

Для получения списка ТОП-3 используется команда zrange key min max. По умолчанию команда вернет список от наименьшего рейтинга к наибольшему. Так как в данном примере в рейтинге хранится количество заработанных денег и необходимо, чтобы пользователь с наибольшей суммой был на первом месте, нужно передать дополнительный параметр REV:

127.0.0.1:6379> zrange leaderboard 0 2 REV
1) "55"
2) "22"
3) "33"

Отсчет индексов начинается с нуля, поэтому для получения ТОП-3 используются границы 0 и 2.

Если требуется получить количество денег кроме идентификаторов пользователей, то добавляется параметр WITHSCORES:

127.0.0.1:6379> zrange leaderboard 0 2 REV WITHSCORES
1) "55"
2) "100500"
3) "22"
4) "1000"
5) "33"
6) "100"

Резюме

• для кэширования рейтингов в Redis следует использовать встроенную структуру данных Sorted Sets
• при использовании Sorted Sets со стороны сервера не нужно писать никакую логику
• Sorted Sets эффективно работает при большом количестве данных. Добавление/обновление и чтение набора имеет алгоритмическую сложность O(log(N))

Дополнительные материалы

1. Redis Leaderboards
2. Redis ZADD command
3. Redis ZINCRBY command
4. Redis ZRANGE command