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怎么使用高斯Redis实现二级索引

Redis Assistant
Redis Assistant

Redis Assistant 是一款为Redis设计的高效可视化管理与监控工具,提供多种操作模式,高效处理服务器数据。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

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一、背景提起索引,第一印象就是数据库的名词,但是,高斯Redis也可以实现二级索引!!!高斯Redis中的二级索引一般利用zset来实现。高斯Redis相比开源Redis有着更高的稳定性、以及成本优势,使用高斯Rediszset实现业务二级索引,可以获得性能与成本的双赢。索引的本质就是利用有序结构来加速查询,因而通过Zset结构高斯Redis可以轻松实现数值类型以及字符类型索引。•数值类型索引(zset按分数排序):•字符类型索引(分数相同时zset按字典序排序):下面让我们切入两类经

本文目录

    一、背景

    提起索引,第一印象就是数据库的名词,但是,高斯Redis也可以实现二级索引!!!高斯Redis中的二级索引一般利用zset来实现。高斯Redis相比开源Redis有着更高的稳定性、以及成本优势,使用高斯Redis zset实现业务二级索引,可以获得性能与成本的双赢。

    索引的本质就是利用有序结构来加速查询,因而通过Zset结构高斯Redis可以轻松实现数值类型以及字符类型索引。

    • 数值类型索引(zset按分数排序):

    怎么使用高斯Redis实现二级索引

    怎么使用高斯Redis实现二级索引

    • 字符类型索引(分数相同时zset按字典序排序):

    怎么使用高斯Redis实现二级索引

    怎么使用高斯Redis实现二级索引

    下面让我们切入两类经典业务场景,看看如何使用高斯Redis来构建稳定可靠的二级索引系统。

    二、场景一:词典补全

    当在浏览器中键入查询时,浏览器通常会按照可能性推荐相同前缀的搜索,这种场景可以用高斯Redis二级索引功能实现。

    怎么使用高斯Redis实现二级索引

    2.1 基本方案

    最简单的方法是将用户的每个查询添加到索引中。当需要进行用户输入补全推荐时,使用ZRANGEBYLEX执行范围查询即可。如果不希望返回太多条目,高斯Redis还支持使用LIMIT选项来减少结果数量。

    • 将用户搜索banana添加进索引:

    ZADD myindex 0 banana:1

    • 假设用户在搜索表单中输入“bit”,并且我们想提供可能以“bit”开头的搜索关键字。

    ZRANGEBYLEX myindex "[bit" "[bit\xff"

    即使用ZRANGEBYLEX进行范围查询,查询的区间为用户现在输入的字符串,以及相同的字符串加上一个尾随字节255(\xff)。通过这种方式,我们可以获得以用户键入字符串为前缀的所有字符串。

    2.2 与频率相关的词典补全

    实际应用中通常希望按照出现频率自动排序补全词条,同时可以清除不再流行的词条,并自动适应未来的输入。我们依然可以使用高斯Redis的ZSet结构实现这一目标,只是在索引结构中,不仅需要存储搜索词,还需要存储与之关联的频率。

    • 将用户搜索banana添加进索引

    • 判断banana是否存在

    ZRANGEBYLEX myindex "[banana:" + LIMIT 0 1

    • 假设banana不存在,添加banana:1,其中1是频率

    ZADD myindex 0 banana:1

    • 假设banana存在,需要递增频率

    若ZRANGEBYLEX myindex "[banana:" + LIMIT 0 1 中返回的频率为1

    1)删除旧条目:

    ZREM myindex 0 banana:1

    2)频率加一重新加入:

    ZADD myindex 0 banana:2

    请注意,由于可能存在并发更新,因此应通过Lua脚本发送上述三个命令,用Lua script自动获得旧计数并增加分数后重新添加条目。

    • 假设用户在搜索表单中输入“banana”,并且我们想提供相似的搜索关键字。通过ZRANGEBYLEX获得结果后按频率排序。

    ZRANGEBYLEX myindex "[banana:" + LIMIT 0 10
    1) "banana:123"
    2) "banaooo:1"
    3) "banned user:49"
    4) "banning:89"

    • 使用流算法清除不常用输入。从返回的条目中随机选择一个条目,将其分数减1,然后将其与新分数重新添加。但是,如果新分数为0,我们需从列表中删除该条目。

    • 若随机挑选的条目频率是1,如banaooo:1

    ZREM myindex 0 banaooo:1

    • 若随机挑选的条目频率大于1,如banana:123

    ZREM myindex 0 banana:123
    ZADD myindex 0 banana:122

    从长远来看,该索引会包含热门搜索,如果热门搜索随时间变化,它还会自动适应。

    三、场景二:多维索引

    除了单一维度上的查询,高斯Redis同样支持在多维数据中的检索。例如,检索所有年龄在50至55岁之间,同时薪水在70000至85000之间的人。实现多维二级索引的关键是通过编码将二维的数据转化为一维数据,再基于高斯Redis zset存储。

    从可视化视角表示二维索引。下图空间中有一些点,它们代表我们的数据样本,其中x和y是两个变量,其最大值均为400。图片中的蓝色框代表我们的查询。我们希望查询x介于50和100之间,y介于100和300之间的所有点。

    怎么使用高斯Redis实现二级索引

    3.1 数据编码

    若插入数据点为x = 75和y = 200

    1)填充0(数据最大为400,故填充3位)

    x = 075

    y = 200

    2)交织数字,以x表示最左边的数字,以y表示最左边的数字,依此类推,以便创建一个编码

    027050

    若使用00和99替换最后两位,即027000 to 027099,map回x和y,即:

    x = 70-79

    y = 200-209

    因此,针对x=70-79和y = 200-209的二维查询,可以通过编码map成027000 to 027099的一维查询,这可以通过高斯Redis的Zset结构轻松实现。

    怎么使用高斯Redis实现二级索引

    同理,我们可以针对后四/六/etc位数字进行相同操作,从而获得更大范围。

    3)使用二进制

    为获得更细的粒度,可以将数据用二进制表示,这样在替换数字时,每次会得到比原来大二倍的搜索范围。假设我们每个变量仅需要9位(以表示最多400个值的数字),我们采用二进制形式的数字将是:

    x = 75 -> 001001011

    y = 200 -> 011001000

    交织后,000111000011001010

    让我们看看在交错表示中用0s ad 1s替换最后的2、4、6、8,...位时我们的范围是什么:

    怎么使用高斯Redis实现二级索引

    3.2 添加新元素

    若插入数据点为x = 75和y = 200

    x = 75和y = 200二进制交织编码后为000111000011001010,

    ZADD myindex 0 000111000011001010

    3.3 查询

    查询:x介于50和100之间,y介于100和300之间的所有点

    从索引中替换N位会给我们边长为2^(N/2)的搜索框。因此,我们要做的是检查搜索框较小的尺寸,并检查与该数字最接近的2的幂,并不断切分剩余空间,随后用ZRANGEBYLEX进行搜索。

    下面是示例代码:

    def spacequery(x0,y0,x1,y1,exp)
        bits=exp*2
        x_start = x0/(2**exp)
        x_end = x1/(2**exp)
        y_start = y0/(2**exp)
        y_end = y1/(2**exp)
        (x_start..x_end).each{|x|
            (y_start..y_end).each{|y|
                x_range_start = x*(2**exp)
                x_range_end = x_range_start | ((2**exp)-1)
                y_range_start = y*(2**exp)
                y_range_end = y_range_start | ((2**exp)-1)
                puts "#{x},#{y} x from #{x_range_start} to #{x_range_end}, y from #{y_range_start} to #{y_range_end}"
                # Turn it into interleaved form for ZRANGEBYLEX query.
                # We assume we need 9 bits for each integer, so the final
                # interleaved representation will be 18 bits.
                xbin = x_range_start.to_s(2).rjust(9,'0')
                ybin = y_range_start.to_s(2).rjust(9,'0')
                s = xbin.split("").zip(ybin.split("")).flatten.compact.join("")
                # Now that we have the start of the range, calculate the end
                # by replacing the specified number of bits from 0 to 1.
                e = s[0..-(bits+1)]+("1"*bits)
                puts "ZRANGEBYLEX myindex [#{s} [#{e}"
            }
        }
    end
    spacequery(50,100,100,300,6)
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