基于Redis的微博系統基本功能設計

李磊

摘要：微博系統對信息實時性和并發性的要求，傳統的關系型數據庫無法滿足性能要求。Key-Value模型的內存數據庫Redis，非常適合微博系統對數據快速存取的需要。

關鍵詞：Redis；Key-Value；微博

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）25-0061-03

Abstract：Microblog system requirements for information-real-time performance and concurrency. Traditional relational database does not meet performance requirements. Key-Value model memory database Redis， very suitable for the microblog system with fast access to the data needed.

Key words：Redis； Key-Value； Microblog

1 概述

微博系統類似于一個群聊的龐大聊天室，每時每刻都會有大量的消息產生，而且產生的消息會反饋給需要的用戶，這樣就要求數據的讀寫非?？?。關系型數據庫在數據量超過一定規模時，由于自身邏輯相對復雜，在信息檢索上無法滿足用戶的體驗。

Redis數據庫本身的數據就放在內存中，而且有合適的數據結構。Twitter、新浪微博都是目前最大的Redis用戶。

2 Redis介紹

Redis是一個速度非?？斓姆顷P系型數據庫。Redis可以存儲鍵（Key）與5種不同類型的值（Value）之間的映射，可以將存儲在內存中的鍵值對持久化到硬盤。Redis還可以使用復制特性來擴展讀性能，使用客戶端分片來擴展寫性能。

其重要特性如下：

① 持久化：Redis定期把數據異步flush到硬盤進行保存。服務器重啟，數據不會丟失。

② 主從復制：主要用1臺服務器進行數據備份與恢復。

③ Vitual Memory功能：物理內存畢竟是有限的，這技術主要是把很少用的Value保存到硬盤，而Key保留在內存做檢索，提高訪問性能。

④ 多種數據結構支持：Redis的Key是string類型，Value的類型有：string、set、list、zset（sorted set）、hash。針對每種數據類型，還提供相應的操作命令，比如list類型有LPOP、LPUSH、RPOP、RPUSH等操作，set類型SDIFF（差運算）、SINTER（交運算）、SUNION（并運算）等操作①。

3 PHP和Redis構建微博系統基本功能

利用PHP的Redis擴展，在PHP中實現微博系統新用戶的創建、消息發布、關注與粉絲設計、消息推送等基本功能。PHP版本為5.5.12，Redis版本為3.0.501。

3.1 用戶信息表示

Redis hash是一個string類型的field和value的映射表.一個key可對應多個field，一個field對應一個value。將一個對象存儲為hash類型，較于每個字段都存儲成string類型更能節省內存。新建一個hash對象時開始是用zipmap（又稱為small hash）來存儲的。這個zipmap其實并不是hash table，但是zipmap相比正常的hash實現可以節省不少hash本身需要的一些元數據存儲開銷。盡管zipmap的添加，刪除，查找都是O（n），但是由于一般對象的field數量都不太多。所以使用zipmap也是很快的，也就是說添加刪除平均還是O（1）。如果field或者value的大小超出一定限制后，Redis會在內部自動將zipmap替換成正常的hash實現.。

這里我們在數據庫中表示用戶信息和發布的消息都用Redis的hash結構。用戶信息如表1。

創建新用戶時，我們用到一個user：id：的計數器，實際就是Redis的一個Key，初始一個值，然后每次添加到user：uid的hash后值要自增1。用用戶信息中login和id兩個filed的值構造另一個hash表users：，用來建立login和id之間的映射。關鍵代碼如下：

if（$redis->hget（"users："，$login））{echo "{$login}已經存在，重新輸入"；}

else{$uidarray=$redis->multi（）->incr（"user：id："）->exec（）；

$uid=$uidarray[0]；

$userinfo=array（

"login"=>$login，

"id"=>$uid，

"name"=>$name，

"following"=>0，

"fans"=>0，

"posts"=>0，

"signup"=>time（））；

$redis->multi（）->hset（"users："，$login，$uid）

->hmset（"user：{$uid}"，$userinfo）->exec（）；}

3.2 發布的消息表示

用戶發布的消息也用hash表示，結構如表2。

發布消息時候，也用到一個計數器message：mid：，其值傳給消息中的mid，然后自增1，保證每個消息都有不同的mid。發布消息時，不僅要添加message：mid一個新的值，還要修改user：uid中的posts域的值。關鍵代碼如下：

$midarray=$redis->multi（）->incr（"message：mid："）->exec（）；

$mid=$midarray[0]；

$messageinfo=array（

"content"=>$content，

"time"=>time（），

"mid"=>$mid，

"uid"=>$uid，

"login"=>$login）；

$redis->multi（）->hmset（"message：{$mid}"，$messageinfo）

->hincrby（"user：{$uid}"，"posts"，1）->exec（）；

3.3 用戶主頁時間線和個人時間線

Redis提供zset這種有序集合數據結構。通過zadd命令添加的成員，按照score的值排序，默認score的值遞增。在微博系統中利用該數據結構的特點，可以很方便的取出最新的消息。

用戶主頁時間是指，當用戶登錄后，能看到用戶以及用戶關注的人所發布的消息列表，這個列表以發布消息的時間排序。在Redis中用戶主頁時間線結構如表3。

用戶個人時間線僅僅只有用戶個人發布的消息列表，也是以發布時間排序。用戶個人時間線profile：uid結構如下表4。

3.4 關注者列表和粉絲列表

微博系統就是要讓用戶之間分享各自的構想、想法。當A用戶開始關注或取消關注B用戶的時候，我們不僅要更新A用戶的關注列表following：A和A用戶的個人信息中關注數量following的值，還要更新B用戶的粉絲列表fans：B和B用戶的個人信息中粉絲數量fans的值。最后把B用戶發布的消息，profile：B中的消息，更新到A用戶的主頁時間線home：A。兩個列表都用Redis的zset有序集合結構表示。表5為關注者列表結構，表6位粉絲列表結構。

開始關注操作關鍵代碼如下：

define（"HOME_TIMELINE_SIZE"，1000）；

$fkey1="following：{$uid}"；

$fkey2="fans：{$other_id}"；

$have=$redis->zscore（$fkey1，$other_id）；

if（$have==true）{ echo "{$uid}已經關注{$other_id}"；}

else{$time=time（）；

$values=$redis->multi（）->zadd（$fkey1，$other_id，$time）

->zadd（$fkey2，$uid，$time）

->zrevrange（"profile：{$other_id}"，0，HOME_TIMELINE_SIZE-1，true）

->exec（）；

$redis->multi（）->hincrby（"user：{$uid}"，"following"，$values[0]）

->hincrby（"user：{$other_id}"，"fans"，$values[1]）->exec（）；

if（$values[2]）{//獲取$other_id發布的消息不為空

foreach（$values[2] as $key=>$value）

{ $redis->multi（）->zadd（"home：{$uid}"，$value，$key）->exec（）；}}}

取消操作關鍵代碼如下：

define（"HOME_TIMELINE_SIZE"，1000）；

$fkey1="following：{$uid}"；

$fkey2="fans：{$other_id}"；

$have=$redis->zrangebyscore（$fkey1，$other_id，$other_id，array（true，1））；

if（$have==false）{echo "{$uid}沒有關注{$other_id}"；}

else{$values=$redis->multi（）->zrem（$fkey1，$other_id）

->zrem（$fkey2，$uid）

->zrevrange（"profile：{$other_id}"，0，HOME_TIMELINE_SIZE-1，true）

->exec（）；

$redis->multi（）->hincrby（"user：{$uid}"，"following"，-$values[0]）

->hincrby（"user：{$other_id}"，"fans"，-$values[1]）->exec（）；

if（$values[2]）{//獲取$other_id發布的消息不為空

foreach（$values[2] as $key=>$value）

{$redis->multi（）->zrem（"home：{$uid}"，$key）->exec（）；}}}

3.5 消息推送

在3.2節里面說明的是消息發布后，除了進行消息信息添加以外，用戶個人信息中發布消息數量posts值得自增。我們還應該接著把發布的消息告訴給個人時間線和主頁時間線，也就是在profile：uid（uid為發布消息的用戶id）中添加消息編號mid和時間戳time，并且在home：uid（uid為發布消息的用戶id）中也添加消息編號和時間戳time，這個時間戳應該是消息發布的時候服務器的時間戳。然后還要在粉絲的主頁時間線home：uid（發布消息用戶的粉絲id）中添加同樣的數據。由于微博系統中有的用戶粉絲數量非常大，如果同步更新可能會導致用戶長時間等待。所以，在更新的時候，可以先更新fans：uid（uid為發布消息的用戶id）集合中前面1000個關注者，對每個關注者的home：uid進行更新。關鍵代碼如下：

$redis->multi（）->zadd（"profile：{$uid}"，$time，$mid）

->zadd（"home：{$uid}"，$time，$mid）->exec（）；

$fans=$redis->zrevrange（"fans：{$uid}"，0，1000，true）；

foreach（$fans as $key=>$value）

{ $redis->zadd（"home：{$value}"，$time，$mid）；}

如果存在超過1000個用戶的情況，可以設計一個延遲功能來進行轉發，避免發布消息的用戶長時間等待。

4 總結和展望

Redis本身提供了很多的數據結構，靈活應用可以構造適合微博系統的數據庫。這里我們搭建了php+redis環境，做一個簡單的微博系統，實現基本功能。要開發像Twitter、sina微博等系統，還要考慮更復雜的數據構造實現更多的功能，以及如何擴展服務器來提高服務質量。

參考文獻：

[1] 唐誠.Redis數據庫在微博系統中的實踐[J].廈門城市學院學報，2012，14（3）：55-59.

[2] Josianh L Carlson.Redis實戰[M].北京：人民郵電出版社，2015.

[3] 王艷，董麗麗.NoSql與關系數據庫相結合的設計與實踐[J].電腦知識與技術， 2014（9）.