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使用 Redis 實作一個輕量級的搜索引擎,牛逼啊!

2020-12-09 07:49:40 其他

場景

大家如果是做后端開發的,想必都實作過串列查詢的介面,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,導致查詢介面特別難寫,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,如果讓你實作這樣的一個搜索介面,你會如何實作?(當然你說借助搜索引擎,像 Elasticsearch 之類的,你完全可以實作,但我這里想說的是,如果要你自己實作呢?)

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,我們就開始來實作,關注公眾號Java技術堆疊回復面試,可以獲取整理的 Redis 系列面試題及全部答案,
實作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:“不就是一個查詢介面嗎?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 ...
limit m,n
代碼在測驗環境跑了一把,結果好像都匹配上了,于是準備上預發,這一上預發,問題就開始暴露出來,
預發為了盡可能的逼真線上環境,所以資料量自然而然要比測驗大的多,所以這么一個復雜的 SQL,它的執行效率可想而知,測驗同學果斷把小A的代碼給打了回來,
實作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,計算結果在程式記憶體中進行計算,這篇Explain 最完整總結,推薦看下,
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,MySQL 實作一個簡單版搜索引擎,這篇推薦看下,
小B自己也知道,每次查詢都會向資料庫查詢多次,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,
實作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快取起來,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 來存盤快取資料,用它的主要原因是,它提供了多種資料結構,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,選用的資料結構是集合(Set),查詢操作包括:
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 的另一種資料結構進行實作,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,將資料的查詢與計算通過快取的手段,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,串列查詢怎么能沒有分頁,是的,我們馬上來看 Redis 是如何實作分頁的,關注公眾號Java技術堆疊回復面試,可以獲取整理的 Redis 系列面試題及全部答案,
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資料:
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
資料更新
關于索引資料更新的問題,有兩種方式來進行,一種是通過商品資料的修改,來即時觸發更新操作,一種是通過定時腳本來進行批量更新,
這里要注意的是,關于索引內容的更新,如果暴力的洗掉 Key,再重新設定 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 是記憶體級操作,所以單次的查詢會很快,但是如果我們的實作中會進行多次的 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,如果執行程序中遇到失敗,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,學習成本頁相應低些,其次,它的一些思想與開源搜索引擎是類似的,如果再加上詞語決議,也可以實作類似全文檢索的功能,
總結了一些2020年的面試題,這份面試題的包含的模塊分為19個模塊,分別是: Java 基礎、容器、多執行緒、反射、物件拷貝、Java Web 、例外、網路、設計模式、Spring/Spring MVC、Spring Boot/Spring Cloud、Hibernate、MyBatis、RabbitMQ、Kafka、Zookeeper、MySQL、Redis、JVM ,

獲取資料以上資料:關注公眾號:有故事的程式員,獲取學習資料,
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