[原創]遊戲中的實時排行榜實作

• 1. 前言
• 2. 排行榜分類
• 3. 思路
• 4. 實作 複合排序
  • 4.1 等級排行榜
  • 4.2 通天塔排行榜
  • 4.3 坦克排行榜
• 5. 排名資料的動态更新
• 6. 取排行榜
• 7. Show The Code

1. 前言

前段時間剛為項目(手遊)實作了一個實時排行榜功能, 主要特性:

• 實時全服排名
• 可查詢單個玩家排名
• 支援雙維排序

資料量不大, 大緻在 1W ~ 50W區間(開服, 合服會導緻單個服角色數越來越多).

2. 排行榜分類

按照排行主體類型劃分, 主要分為:

• 角色
• 軍團(公會)
• 坦克

該項目是個坦克手遊, 大緻情況是每個角色有N輛坦克, 坦克分為多種類型(輕型, 重型等), 玩家可加入一個軍團(公會).

具體又可以細分為:

• 角色
  • 等級排行榜(1. 等級 2.戰力)
  • 戰鬥力排行榜(1. 戰鬥 2.等級)
  • 個人競技場排行榜(1. 競技場排名)
  • 通天塔排行榜(1.通天塔層數 2.通關時間)
  • 威望排行榜(1.威望值 2.等級)
• 軍團(公會)
  • 軍團戰鬥力排行榜(1. 軍團總戰鬥力 2.軍團等級)
  • 軍團等級排行榜(1.軍團等級 2.軍團總戰鬥力)
• 坦克(1.坦克戰鬥力 2.坦克等級)
  • 輕型坦克戰鬥力排行榜
  • 中型
  • 重型
  • 反坦克炮
  • 自行火炮

    ↑ 括号内為排序次元

3. 思路

基于實時性的考慮, 決定使用Redis來實作該排行榜. 文章中用到的redis指令如有不清楚的, 可參照 [Redis線上手冊](http://redisdoc.com/index.html). 需要解決如下問題:

1. 複合排序(2維)
2. 排名資料的動态更新
3. 如何取排行榜

4. 實作 複合排序

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

添加 成員-積分 的操作是通過Redis的zAdd操作

ZADD key score member [[score member] [score member] ...]

預設情況下, 若score相同, 則按照 member 的字典順序排序.

4.1 等級排行榜

首先以等級排行榜(1. 等級 2.戰力)為例, 該排行榜要求同等級的玩家, 戰鬥力大的排在前. 是以分數可以定為: **分數 = 等級*10000000000 + 戰鬥力**

遊戲中玩家等級範圍是1~100, 戰力範圍0~100000000.

此處設計中為戰鬥力保留的值範圍是 10位數值, 等級是 3位數值, 是以最大數值為 **13位**. 有序集合的score取值是是64位整數值或雙精度浮點數, 最大表示值是 9223372036854775807, 即能完整表示**18位**數值, 是以用于此處的 13位score 綽綽有餘.

4.2 通天塔排行榜

另一個典型排行榜是 **通天塔排行榜(1.層數 2.通關時間)**, 該排行榜要求通過層數相同的, 通關時間較早的優先. 由于要求的是通關時間較早的優先, 是以不能像之前那樣直接 **分數=層數*10^N+通關時間**. 我們可以将通關時間轉換為一個相對時間, 即 **分數=層數*10^N + (基準時間 - 通關時間)** 很明顯的, 通關時間越近(大), 則 **基準時間 - 通關時間** 值越小, 符合該排行榜要求. 基準時間的選擇則随意選擇了較遠的一個時間 *2050-01-01 00:00:00*, 對應時間戳2524579200 最終, **分數 = 層數*10^N + (2524579200 - 通過時間戳) 上述分數公式中, N取10, 即保留10位數的相對時間.

4.3 坦克排行榜

坦克排行榜跟其他排行榜的差別在于, 有序集合中的 member 是一個複合id, 由 **uid_tankId** 組成. 這點是需要注意的.

5. 排名資料的動态更新

還是以等級排行榜為例 遊戲中展示的等級排行榜所需的資料包括(但不限于):

• 角色名
• Uid
• 戰鬥力
• 頭像
• 所屬公會名
• VIP等級

由于這些資料在遊戲過程中是會動态變更的, 是以此處不考慮将這些資料直接作為 member 存儲在有序集合中.

用于存儲玩家等級排行榜有序集合如下

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

member為角色uid, score為複合積分

使用hash存儲玩家的動态資料(json)

-- s1:rank:user:lv:item ------- string --
| 玩家id1 | 玩家資料的json串
| ...
| 玩家idN | 
-----------------------------------------
           

使用這種方案, 隻需要在玩家建立角色時, 将該角色添加到等級排行榜中, 後續則是當玩家 等級\戰鬥力 發生變化時需實時更新

s1:rank:user:lv

該玩家的複合積分即可. 若玩家其他資料(用于排行榜顯示)有變化, 則也相應地修改其在

s1:rank:user:lv:item

中的資料json串.

6. 取排行榜

依舊以等級排行榜為例.

目的

需要從

s1:rank:user:lv

中取出前100名玩家, 及其資料.

用到的Redis指令

ZRANGE key start stop [WITHSCORES]

時間複雜度: O(log(N)+M)， N 為有序集的基數，而 M 為結果集的基數。

步驟

1. zRange("s1:rank:user:lv", 0, 99)

   擷取前100個玩家的uid

2. hGet("s1:rank:user:lv:item", $uid)

   逐個擷取前100個玩家的具體資訊

具體實作時, 上面的步驟2是可以優化的.

分析

zRange時間複雜度是O(log(N)+M) ， N 為有序集的基數，而 M 為結果集的基數

hGet時間複雜度是 O(1)

步驟2由于最多需要擷取100個玩家資料, 是以需要執行100次, 此處的執行時間還得加上與redis通信的時間, 即使單次隻要1MS, 最多也需要100MS.

解決

借助Redis的事務, 整個過程可以降低到隻與redis通信2次, 大大降低了所耗時間.

以下示例為php代碼

// $redis
$redis->multi(Redis::PIPELINE);
foreach ($uids as $uid) {
    $redis->hGet($userDataKey, $uid);
}
$resp = $redis->exec(); // 結果會一次性以數組形式傳回
           

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/更新單人排行資料
     * @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();
    }

    /**
     * 擷取單人排行
     * @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 ? - : $rank+, $rankItem];
    }

    /**
     * 移除單人
     * @param $uid
     */
    public function del($uid)
    {
        $redis = $this->getRedis()->multi(Redis::PIPELINE);
        $redis->zRem($this->rankKey, $uid);
        $redis->hDel($this->rankItemKey, $uid);
        $redis->exec();
    }

    /**
     * 擷取排行榜前N個
     * @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, , $topN);
        } else {
            $list = $redis->zRange($this->rankKey, , $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);
    }
}
           

這就是一個排行榜最簡單的實作了, 排行項的積分計算由外部自行處理.