場景

大家如果是做后端開發的,想必都實現過列表查詢的接口,當然有的查詢條件很簡單,一條 SQL 就搞定了,但有的查詢條件極其復雜,再加上庫表中設計的各種不合理,導致查詢接口特別難寫,然后加班什么的就不用說了(不知各位有沒有這種感受呢~).

下面以一個例子開始,這是某購物網站的搜索條件,如果讓你實現這樣的一個搜索接口,你會如何實現?(當然你說借助搜索引擎,像 Elasticsearch 之類的,你完全可以實現.但我這里想說的是,如果要你自己實現呢?)

從上圖中可以看出,搜索總共分為6大類,每大類中又分了各個子類.這中間,各大類條件之間是取的交集,各子類中有單選、多選、以及自定義的情況,最終輸出符合條件的結果集.

好了,既然需求很明確了,我們就開始來實現.

實現1

率先登場是小A同學,他是寫 SQL 方面的“專家”.小A信心滿滿的說：“不就是一個查詢接口嗎?看著條件很多,但憑著我豐富的 SQL 經驗,這點還是難不倒我的.”

于是乎就寫出了下面這段代碼(這里以 MYSQL 為例)：

select...from table_1

left join table_2

left join table_3

left join(select...from table_x where...)tmp_1

...

where...

order by...

limitm,n

代碼在測試環境跑了一把,結果好像都匹配上了,于是準備上預發.這一上預發,問題就開始裸露出來.預發為了盡可能的逼真線上環境,所以數據量自然而然要比測試大的多.所以這么一個復雜的 SQL,它的執行效率可想而知.測試同學果斷把小A的代碼給打了回來.

實現2

總結了小A失敗的教訓,小B開始對SQL進行了優化,先是通過了explain關鍵字進行SQL性能分析,對該加索引的地方都加上了索引.同時將一條復雜SQL拆分成了多條SQL,計算結果在程序內存中進行計算.

偽代碼如下：

$result_1 = query('select ... from table_1 where ...');

$result_2 = query('select ... from table_2 where ...');

$result_3 = query('select ... from table_3 where ...');

...

$result = array_intersect($result_1,$result_2,$result_3,...);

這種方案從性能上明顯比第一種要好很多,可是在功能驗收的時候,產品經理還是覺得查詢速度不夠快.小B自己也知道,每次查詢都會向數據庫查詢多次,而且有些歷史原因,部分條件是做不到單表查詢的,所以查詢等待的時間是避免不了的.

實現3

小C從上面的方案中看到了優化的空間.他發現小B在思路上是沒問題的,將復雜條件拆分,計算各個子維度的結果集,最后將所有的子結果集進行一個匯總合并,得到最終想要的結果.

于是他突發奇想,能否事先將各個子維度的結果集給緩存起來,這要查詢的時候直接去取想要的子集,而不用每次去查庫計算.

這里小C采用 Redis 來存儲緩存數據,用它的主要原因是,它提供了多種數據結構,并且在 Redis 中進行集合的交并集操作是一件很容易的事情.

具體方案,如圖所示：

這里每個條件都事先將計算好的結果集ID存入對應的key中,選用的數據結構是集合(Set).查詢操作包含：

• 子類單選：直接根據條件 key,獲取對應結果集；

• 子類多選：根據多個條件 Key,進行并集操作,獲取對應結果集；

• 最終結果：將獲取的所有子類結果集進行交集操作,得到最終結果；

這其實就是所謂的反向索引.

這里會發現,漏了一個價格的條件.從需求中可知,價格條件是個區間,并且是無窮舉的.所以上述的這種窮舉條件的 Key-Value 方式是做不到的.這里我們采用 Redis 的另一種數據結構進行實現,有序集合(Sorted Set)：

將所有商品加入 Key 為價格的有序集合中,值為商品ID,每個值對應的分數為商品價格的數值.這樣在 Redis 的有序集合中就可以通過ZRANGEBYSCORE命令,根據分數(價格)區間,獲取相應結果集.

至此,方案三的優化已全部結束,將數據的查詢與計算通過緩存的手段,進行了分離.在每次查找時,只需要簡單的查找 Redis 幾次就能得出結果.查詢速度上符合了驗收的要求.

擴展

分頁

這里你或許發現了一個嚴重的功能缺陷,列表查詢怎么能沒有分頁.是的,我們馬上來看 Redis 是如何實現分頁的.

分頁主要涉及排序,這里簡單起見,就以創建時間為例.

如圖所示：

圖中藍色部分是以創建時間為分值的商品有序集合,藍色下方的結果集即為條件計算而得的結果,通過ZINTERSTORE命令,賦結果集權重為0,商品時間結果為1,取交集而得的結果集賦予創建時間分值的新有序集合.對新結果集的操作即能得到分頁所需的各個數據：

• 頁面總數為：ZCOUNT命令

• 當前頁內容：ZRANGE命令

• 若以倒序排列：ZREVRANGE命令

數據更新

關于索引數據更新的問題,有兩種方式來進行.一種是通過商品數據的修改,來即時觸發更新操作,一種是通過定時腳原來進行批量更新.這里要注意的是,關于索引內容的更新,如果暴力的刪除 Key,再重新設置 Key.因為 Redis 中兩個操作不會是原子性進行的,所以中間可能存在空白間隙,建議采用僅移除集合中失效元素,添加新元素的方式進行.

性能優化

Redis 是內存級操作,所以單次的查詢會很快.但是如果我們的實現中會進行多次的 Redis 操作,Redis 的多次連接時間可能是不必要時間消耗.通過使用MULTI命令,開啟一個事務,將 Redis 的多次操作放在一個事務中,最后通過EXEC來進行原子性執行(注意：這里所謂的事務,只是將多個操作在一次連接中執行,如果執行過程中遇到失敗,是不會回滾的).

總結

這里只是一個采用 Redis 優化查詢搜索的一個簡單 Demo,和現有的開源搜索引擎相比,它更輕量,學習本錢也相應低些.其次,它的一些思想與開源搜索引擎是類似的,如果再加上詞語解析,也可以實現類似全文檢索的功能.