redis（四）--简单实现Redis缓存中的排序功能

在实现缓存排序功能之前，必须先明白这一功能的合理性。不妨思考一下，既然可以在数据库中排序，为什么还要把排序功能放在缓存中实现呢？这里简单总结了两个原因：首先，排序会增加数据库的负载，难以支撑高并发的应用；其次，在缓存中排序不会遇到表锁定的问题。Redis恰好提供了排序功能，使我们可以方便地实现缓存排序。

redis中用于实现排序功能的是SORT命令。该命令提供了多种参数，可以对列表，集合和有序集合进行排序。SORT命令格式如下：

1. SORT key [BY pattern] [LIMIT offset count] [GET pattern [GET pattern ...]] [ASC | DESC] [ALPHA] [STORE destination]

SORT key [BY pattern] [LIMIT offset count] [GET pattern [GET pattern ...]] [ASC | DESC] [ALPHA] [STORE destination]

BY参数用于指定排序字段，功能类似于SQL中的order by。对于列表和集合而言，仅按照它们的值进行排序往往没有实际意义。以函数Cache2Hash返回的集合为例（实际上返回的是集合键），该集合中存储的是一系列完整的哈希键，只按照这些键进行排序，结果无非是按照数字或字典顺序排列，其用处显然不大。这是因为真正存储行数据的是哈希结构本身，而非哈希键。假设集合键为"resultset.hash:123456"，集合中每个哈希键对应的哈希结构中都有一个名为“timestamp”的字段，现在要把集合中的所有哈希键按照timestamp字段进行排序，这时，只需执行以下命令：

1. SORT resultset.hash:123456 BY *->timestamp

SORT resultset.hash:123456 BY *->timestamp

从上例可以看出，BY的真正威力在于它可以让SORT命令按照一个指定的外部键的外部字段进行排序。SORT用集合resultset.hash:123456中的每个值（即每个哈希键）替换BY参数后的第一个“*”，并依据“->”后面给出的字段获取其值，最后根据这些字段值对哈希键进行排序。

LIMIT参数用于限制排序以后返回元素的数量，功能类似于SQL中的limit。该参数接受另外两个参数，即offset和count，LIMIT offset count表示跳过前offset个元素，返回之后的连续count个元素。可见，LIMIT参数可以用于实现分页功能。

GET参数用于返回指定的字段值。以集合resultset.hash:123456为例，使用BY参数对集合中的所有哈希键按照哈希结构中的timestamp字段排序后，SORT命令返回所有排序之后的哈希键。如果某个请求需要不是键而是某些字段值，这时就要使用GET参数，使SORT命令返回指定字段值。假设除timestamp字段以外，集合中每个哈希键对应的哈希结构中还有一个名为“id”的字段，通过以下命令可以使SORT返回按照timestamp排序以后的每个哈希键对应的哈希结构中的timestamp和id值：

1. SORT resultset.hash:123456 BY *->timestamp GET *->timestamp GET *->id

SORT resultset.hash:123456 BY *->timestamp GET *->timestamp GET *->id

SORT用集合resultset.hash:123456中的每个值（即每个哈希键）替换GET参数之后的第一个“*”，并将其作为返回值。值得注意的是，利用GET #能够得到集合中的哈希键本身。

ASC和DESC参数用于指定排序顺序（默认为ASC，即从低到高），ALPHA参数用于按照字典顺序排列非数字元素。

STORE参数用于将SORT命令的返回值，即排序结果存入一个指定的列表。加上STORE参数后，SORT命令的返回值就变为排序结果的个数。

下面的代码实现了按照哈希的某个字段对集合中的哈希键排序，并将结果存入列表的过程：

1. // 该函数对集合中的所有HASH键进行排序，排序依据是HASH键所对应的HASH中的某个字段，
2. // 排序结果被存入一个LIST结构，LIST键应当包含结果集标识符和排序字段标识符，
3. // 形如“sorted:123456:1234”
4. string SortHash(sql::Connection *mysql_connection,
5. redisContext *redis_connection,
6. const string &resultset_id,
7. const string &sort_field,
8. int offset, int count, int order, int ttl) {
9. // 只考虑存储HASH键的SET
10. string redis_row_set_key = "resultset.hash:" + resultset_id;
11. redisReply *reply;
12. // 检测SET是否存在
13. reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(redis_connection,
14. "EXISTS %s",
15. redis_row_set_key.c_str()));
16. if (reply->integer == 0) {
17. freeReplyObject(reply);
18. throw runtime_error("FAILURE - no resultsets");
19. } else {
20. freeReplyObject(reply);
21. }
22. string field_md5 = md5(sort_field);  // 利用MD5排除排序字段中空格造成的影响
23. // 将排序结果存入该LIST
24. string redis_sorted_list_key = "sorted:" + resultset_id + ":" + field_md5;
25. string by("*->" + sort_field);  //确定排序字段
26. string ord = (order == 1) ? "ASC" : "DESC";  //order==1时按照升序排列；否则为降序
27. stringstream ofsstream, cntstream;
28. ofsstream << offset;
29. cntstream << count;
30. // 执行排序命令，并把排序结果存入LIST
31. reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(
32. redis_connection,
33. "SORT %s BY %s LIMIT %s %s GET %s ALPHA STORE %s",
34. redis_row_set_key.c_str(),
35. by.c_str(),
36. ofsstream.str().c_str(),
37. cntstream.str().c_str(),
38. "#",
39. redis_sorted_list_key.c_str()));
40. freeReplyObject(reply);
41. stringstream ttlstream;
42. ttlstream << ttl;
43. // 设置LIST的过期时间
44. reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(redis_connection,
45. "EXPIRE %s %s",
46. redis_sorted_list_key.c_str(),
47. ttlstream.str().c_str()));
48. freeReplyObject(reply);
49. return redis_sorted_list_key;  // 返回LIST键，以便于其他函数获取该LIST中的内容

// 该函数对集合中的所有HASH键进行排序，排序依据是HASH键所对应的HASH中的某个字段，
// 排序结果被存入一个LIST结构，LIST键应当包含结果集标识符和排序字段标识符，
// 形如“sorted:123456:1234”
string SortHash(sql::Connection *mysql_connection,
                redisContext *redis_connection,
                const string &resultset_id,
                const string &sort_field,
                int offset, int count, int order, int ttl) {
  // 只考虑存储HASH键的SET
  string redis_row_set_key = "resultset.hash:" + resultset_id;
  redisReply *reply;
  // 检测SET是否存在
  reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(redis_connection,
                                               "EXISTS %s",
                                               redis_row_set_key.c_str()));
  if (reply->integer == 0) {
    freeReplyObject(reply);
    throw runtime_error("FAILURE - no resultsets");
  } else {
    freeReplyObject(reply);
  }
  string field_md5 = md5(sort_field);  // 利用MD5排除排序字段中空格造成的影响
  // 将排序结果存入该LIST
  string redis_sorted_list_key = "sorted:" + resultset_id + ":" + field_md5;
  string by("*->" + sort_field);  //确定排序字段
  string ord = (order == 1) ? "ASC" : "DESC";  //order==1时按照升序排列；否则为降序
  stringstream ofsstream, cntstream;
  ofsstream << offset;
  cntstream << count;
  // 执行排序命令，并把排序结果存入LIST
  reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(
                                      redis_connection,
                                      "SORT %s BY %s LIMIT %s %s GET %s ALPHA STORE %s",
                                      redis_row_set_key.c_str(),
                                      by.c_str(),
                                      ofsstream.str().c_str(),
                                      cntstream.str().c_str(),
                                      "#",
                                      redis_sorted_list_key.c_str()));
  freeReplyObject(reply);
  stringstream ttlstream;
  ttlstream << ttl;
  // 设置LIST的过期时间
  reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(redis_connection,
                                               "EXPIRE %s %s",
			                       redis_sorted_list_key.c_str(),
                                               ttlstream.str().c_str()));
  freeReplyObject(reply);
  return redis_sorted_list_key;  // 返回LIST键，以便于其他函数获取该LIST中的内容

显然，对结果集中的哈希键进行排序要比对字符串键排序更加直观和方便。借助于排序函数，可以方便地实现在Redis中查询排序后的结果集，代码如下：

1. // 该函数根据sql语句和排序参数，在Redis中查询相应的结果集并进行排序，最后返回
2. // 排序之后的HASH键
3. vector<string> GetSortedCache(sql::Connection *mysql_connection,
4. redisContext *redis_connection,
5. const string &sql, const string &sort_field,
6. int offset, int count, int order, int ttl) {
7. vector<string> redis_row_key_vector;
8. redisReply *reply;
9. string resultset_id = md5(sql);  // 结果集标识符
10. string field_md5 = md5(sort_field);  // 排序字段标识符
11. // 尝试获取LIST中的所有HASH键
12. string redis_sorted_list_key = "sorted:" + resultset_id + ":" + field_md5;
13. // 尝试获取LIST中的所有HASH键
14. reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(redis_connection,
15. "LRANGE %s %s %s",
16. redis_sorted_list_key.c_str(),
17. "0",
18. "-1"));
19. if (reply->type == REDIS_REPLY_ARRAY) {
20. // 如果LIST不存在，调用Cache2Hash函数从Mysql中拉取数据到Redis，然后调用SortHash函数
21. // 对结果集进行排序并将排序后的HASH键存入LIST
22. if (reply->elements == 0) {
23. freeReplyObject(reply);
24. sql::Statement *stmt = mysql_connection->createStatement();
25. sql::ResultSet *resultset = stmt->executeQuery(sql);
26. Cache2Hash(mysql_connection, redis_connection, resultset,
27. resultset_id, ttl);
28. redis_sorted_list_key = SortHash(mysql_connection, redis_connection,
29. resultset_id, sort_field, offset,
30. count, order, ttl);
31. // 再次尝试获取LIST中的所有HASH键
32. reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(
33. redis_connection,
34. "LRANGE %s %s %s",
35. redis_sorted_list_key.c_str(),
36. "0",
37. "-1"));
38. delete resultset;
39. delete stmt;
40. }
41. // 将LIST中的所有HASH键存入redis_row_key_vector中
42. string redis_row_key;
43. for (int i = 0; i < reply->elements; ++i) {
44. redis_row_key = reply->element[i]->str;
45. redis_row_key_vector.push_back(redis_row_key);
46. }
47. freeReplyObject(reply);
48. } else {
49. freeReplyObject(reply);
50. throw runtime_error("FAILURE - LRANGE error");
51. }
52. return redis_row_key_vector;
53. }

// 该函数根据sql语句和排序参数，在Redis中查询相应的结果集并进行排序，最后返回
// 排序之后的HASH键
vector<string> GetSortedCache(sql::Connection *mysql_connection,
                              redisContext *redis_connection,
                              const string &sql, const string &sort_field,
                              int offset, int count, int order, int ttl) {
  vector<string> redis_row_key_vector;
  redisReply *reply;
  string resultset_id = md5(sql);  // 结果集标识符
  string field_md5 = md5(sort_field);  // 排序字段标识符
  // 尝试获取LIST中的所有HASH键
  string redis_sorted_list_key = "sorted:" + resultset_id + ":" + field_md5;
  // 尝试获取LIST中的所有HASH键
  reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(redis_connection,
                                               "LRANGE %s %s %s",
                                               redis_sorted_list_key.c_str(),
                                               "0",
                                               "-1"));
  if (reply->type == REDIS_REPLY_ARRAY) {
    // 如果LIST不存在，调用Cache2Hash函数从Mysql中拉取数据到Redis，然后调用SortHash函数
    // 对结果集进行排序并将排序后的HASH键存入LIST
    if (reply->elements == 0) {
      freeReplyObject(reply);
      sql::Statement *stmt = mysql_connection->createStatement();
      sql::ResultSet *resultset = stmt->executeQuery(sql);
      Cache2Hash(mysql_connection, redis_connection, resultset,
                 resultset_id, ttl);
      redis_sorted_list_key = SortHash(mysql_connection, redis_connection,
                                       resultset_id, sort_field, offset,
                                       count, order, ttl);
      // 再次尝试获取LIST中的所有HASH键
      reply = static_cast<redisReply*>(redisCommand(
                                          redis_connection,
                                          "LRANGE %s %s %s",
                                          redis_sorted_list_key.c_str(),
                                          "0",
                                          "-1"));
      delete resultset;
      delete stmt;
    }
    // 将LIST中的所有HASH键存入redis_row_key_vector中
    string redis_row_key;
    for (int i = 0; i < reply->elements; ++i) {
      redis_row_key = reply->element[i]->str;
      redis_row_key_vector.push_back(redis_row_key);
    }
    freeReplyObject(reply);
  } else {
    freeReplyObject(reply);
    throw runtime_error("FAILURE - LRANGE error");
  }
  return redis_row_key_vector;
}

这样，在Redis中对结果集进行简单排序操作的功能就实现了。