面试题：Redis ZADD命令与其他数据结构结合的复杂应用

Question

假设你需要设计一个系统，要求实现用户积分排名，并且要实时记录每个用户积分变化的详细日志，同时还要支持按照积分范围快速查询用户列表。请说明如何结合Redis的ZADD命令以及其他合适的数据结构来设计和实现这个系统，阐述具体的数据结构设计、操作流程以及可能遇到的问题和解决方案。

Answer 1

数据结构设计

1. 用户积分排名：使用Redis的有序集合（Sorted Set）。有序集合以 score 作为排序依据，刚好适合用户积分排名的场景。可以以用户ID作为 member，用户积分作为 score，使用 ZADD 命令将用户积分信息添加到有序集合中。例如：ZADD user_scores <积分> <用户ID>。
2. 积分变化日志：使用Redis的列表（List）。为每个用户创建一个单独的列表，列表中的每个元素记录该用户积分变化的详细信息，如变化时间、变化值、变化原因等。可以使用 LPUSH 命令将新的日志记录添加到列表头部。例如：LPUSH user_log:<用户ID> "<时间> <变化值> <原因>"。
3. 按积分范围查询用户列表：同样借助有序集合的特性，使用 ZRANGEBYSCORE 命令，通过指定积分范围来获取符合条件的用户ID列表。

操作流程

1. 积分更新：
   • 当用户积分发生变化时，首先使用 ZADD 命令更新有序集合 user_scores 中的用户积分，以保证用户积分排名实时更新。
   • 然后，将积分变化的详细信息通过 LPUSH 命令添加到该用户对应的日志列表 user_log:<用户ID> 中。
2. 获取积分排名：通过 ZRANK 命令获取指定用户在 user_scores 有序集合中的排名。例如：ZRANK user_scores <用户ID>，排名从0开始。
3. 获取积分变化日志：通过 LRANGE 命令获取指定用户的积分变化日志列表。例如：LRANGE user_log:<用户ID> 0 -1，获取该用户的所有日志记录。
4. 按积分范围查询用户列表：使用 ZRANGEBYSCORE 命令获取指定积分范围内的用户列表。例如：ZRANGEBYSCORE user_scores <最小积分> <最大积分>。

可能遇到的问题及解决方案

1. 数据一致性问题：在积分更新操作时，由于要同时更新有序集合和列表，可能会出现部分操作成功，部分操作失败的情况，导致数据不一致。
   • 解决方案：使用Redis的事务（MULTI/EXEC）机制，将积分更新和日志记录操作封装在一个事务中，保证要么所有操作都执行成功，要么都不执行。例如：

MULTI
ZADD user_scores <新积分> <用户ID>
LPUSH user_log:<用户ID> "<时间> <变化值> <原因>"
EXEC

2. 内存占用问题：随着用户数量和积分变化日志的增加，Redis内存占用可能会过高。
   • 解决方案：
     • 定期清理过期或无用的日志记录，例如可以设置一个时间阈值，只保留最近一段时间内的日志。
     • 对于用户积分排名，如果数据量过大，可以考虑使用分页查询的方式，每次只获取部分数据，减少内存压力。
3. 高并发问题：在高并发场景下，多个客户端同时更新用户积分可能会导致竞争问题。
   • 解决方案：使用Redis的分布式锁，如 SETNX 命令实现简单的锁机制，保证同一时间只有一个客户端能够更新用户积分。例如：

SETNX lock:user:<用户ID> 1
if (返回值为1) {
    // 执行积分更新和日志记录操作
    MULTI
    ZADD user_scores <新积分> <用户ID>
    LPUSH user_log:<用户ID> "<时间> <变化值> <原因>"
    EXEC
    // 释放锁
    DEL lock:user:<用户ID>
} else {
    // 等待一段时间后重试
}