用mongo和redis查询排行榜、统计活跃用户

　　nosql数据库能解决关系型数据库遇到的性能和扩展性的问题，本博客将以mongodb和redis两种nosql数据库为基础，简单的介绍下面两个业务场景的解决方案：
　　1.查询排行榜（以当日总步数排名为例，查询排名前200的用户）； 2.统计活跃用户数（统计某个移动端app软件在各个下载渠道的活跃设备数，以起始时间，版本号，系统类型等作为查询条件）。
　　项目源码url：https://github.com/zhzhair/spring-boot-nosql.git。
　　运行环境很简陋：window10，8G内存（项目实际可用内存3个多G），i7处理器，4核8线程。

　　案例一：查询当日总步数排名前200的用户计步信息。技术架构：java8，spring boot2.0.0，mysql，redis，mongodb，mybatis，swagger，jmeter，idea，maven。
　　(i)添加测试数据：新建32个表，按照用户id对32取模添加测试数据到不同的表，做定时任务，每秒添加或修改300条记录。表包括user_id和步数step_count两个字段，假设手机每隔一段时间传一次累计步数，如果当日用户有记录，就修改用户的步数（增加新的步数），否则直接添加记录。部分代码如下：
@LogForTask
@Scheduled(cron = "0/1 * * * * ?")
public void uploadStep(){//定时任务每秒添加或修改300条记录
　　IntStream.range(0,300).parallel().forEach(i->stepService.uploadStep(32));
}
　　(ii)程序设计：在高并发的情况下内存是个问题(out of memory exception！)，单个mongodb文档也不能放太多的数据，所以需要设置内存不足就读取磁盘。考虑到第200名的总步数不会减少，并且越往后越“稳定”，所以把它作为阈值就可以给查询的表“瘦身”，从而避免大表排序。
　　初始化（即启动项目时）：需要将32个表的前200名都放到一个mongodb文档，再将文档前200名替换到该bson文档，同时将第200名的步数存到redis里面，部分代码如下：
@Resource
private StepService stepService;
private static StepService service;
@PostConstruct
public void init(){
　　service = this.stepService;
}

public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(StepsApplication.class, args);
　　//启动项目初始化排名
　　service.recordTopAll(32);
}

@Override
public void recordTopAll(int tableCount) {
　　mongoTemplate.dropCollection(StepsTop.class);//删除文档
　　IntStream.range(0,tableCount).parallel().forEach(this::insertOneTable);//将MySQL的数据插入到mongo文档
　　/*取出前200名放到list，更新mongo文档的数据为当前list的数据*/
　　Query query = new Query().with(new Sort(Sort.Direction.DESC,"totalCount")).limit(200);
　　List<StepsTop> list = mongoTemplate.find(query,StepsTop.class);
　　if(list.isEmpty()) return;
　　mongoTemplate.dropCollection(StepsTop.class);
　　mongoTemplate.insertAll(list);
　　/*redis保存阈值-第200名的步数*/
　　int size = Math.min(200,list.size());
　　redisTemplate.opsForValue().set(redisKey,String.valueOf(list.get(size - 1).getTotalCount()));
}
　　步数上传：redis的数据做定时任务更新，阈值越来越大，每次都将接收到的步数或更新后的步数与阈值比较，比这个阈值大才会去查mongo，然后对mongo文档做更新或插入操作，这个“比较”会非常频繁，但是redis“不惧怕”高并发，我们不必担心。这样就大大地减少了对mongo文档的操作，确保mongo文档数据量很少，之后查询并排序mongo文档的数据就很快了。部分代码如下：
@Override
public void uploadStep(int tableCount) {
　　int userId = new Random().nextInt(500_0000);
　　int stepCount = 1 + new Random().nextInt(5000);
　　Integer count = commonMapper.getStepCount(prefix + userId%tableCount,userId);
　　if(count != null){
　　　　commonMapper.updateSteps(prefix + userId%tableCount, userId,count + stepCount);
　　}else{
　　　　commonMapper.insertTables(prefix + userId%tableCount, userId, stepCount);
　　}
　　String tailSteps = redisTemplate.opsForValue().get(redisKey);
　　int totalCount = count == null?stepCount:count + stepCount;
　　if(tailSteps != null && totalCount > Integer.valueOf(tailSteps)){//步数超过阈值就插入或更新用户的记录
　　　　Query query = new Query(Criteria.where("userId").is(userId));
　　　　if(!mongoTemplate.exists(query,StepsTop.class)){
　　　　　　StepsTop stepsTop = new StepsTop();
　　　　　　stepsTop.setUserId(userId);
　　　　　　stepsTop.setTotalCount(stepCount);
　　　　　　mongoTemplate.insert(stepsTop);
　　　　}else{
　　　　　　System.out.println("update: " + tailSteps);
　　　　　　Update update = new Update();
　　　　　　update.set("totalStep",totalCount);
　　　　　　mongoTemplate.upsert(query,update,StepsTop.class);
　　　　}
　　}else{
　　　　StepsTop stepsTop = new StepsTop();
　　　　stepsTop.setUserId(userId);
　　　　stepsTop.setTotalCount(stepCount);
　　　　mongoTemplate.insert(stepsTop);
　　}
}
　　定时任务：每隔10秒更新一次阈值，同时删除mongo文档中200名以外的数据；每隔1秒从mongo查询排好序的前200名的数据push到redis队列，方便从redis取出排名。部分代码如下：
@Override//更新阈值，删除mongo文档中200名以外的数据
public void flushRankAll() {
　　// Query query = new Query().with(new Sort(Sort.Direction.DESC,"totalCount")).limit(201);
　　// List<StepsTop> list = mongoTemplate.find(query,StepsTop.class);//高并发场景下容易出现内存不足异常：out of memory Exception
　　TypedAggregation<StepsTop> aggregation = Aggregation.newAggregation(
　　　　StepsTop.class,
　　　　project("userId", "totalCount"),//查询用到的字段
　　　　sort(Sort.Direction.DESC,"totalCount"),
　　　　limit(200)
　　).withOptions(newAggregationOptions().allowDiskUse(true).build());//内存不足到磁盘读写，应对高并发
　　AggregationResults<StepsTop> results = mongoTemplate.aggregate(aggregation, StepsTop.class, StepsTop.class);
　　List<StepsTop> list = results.getMappedResults();
　　if(list.size() == 201){
　　　　int totalCount = list.get(199).getTotalCount();
　　　　Query query1 = new Query(Criteria.where("totalCount").lt(totalCount));
　　　　mongoTemplate.remove(query1,StepsTop.class);
　　}
}
@Override//查询排好序的前200名的数据push到redis队列
public void recordRankAll() {
　　// Query query = new Query().with(new Sort(Sort.Direction.DESC,"totalCount")).limit(200);
　　// List<StepsTop> list = mongoTemplate.find(query,StepsTop.class);
　　TypedAggregation<StepsTop> aggregation = Aggregation.newAggregation(
　　　　StepsTop.class,
　　　　project("userId", "totalCount"),//查询用到的字段
　　　　sort(Sort.Direction.DESC,"totalCount"),
　　　　limit(200)
　　).withOptions(newAggregationOptions().allowDiskUse(true).build());//内存不足到磁盘读写，应对高并发
　　AggregationResults<StepsTop> results = mongoTemplate.aggregate(aggregation, StepsTop.class, StepsTop.class);
　　List<StepsTop> list = results.getMappedResults();
　　if(list.size() == 200){
　　　　Integer stepCount = list.get(199).getTotalCount();
　　　　redisTemplate.opsForValue().set(redisKey,String.valueOf(stepCount));
　　}
　　if(!list.isEmpty()){
　　　　redisListTemplate.delete(redisQueueKey);
　　　　//noinspection unchecked
　　　　redisListTemplate.opsForList().rightPushAll(redisQueueKey,list);
　　}
}
　　查询排行榜：现在就简单了，直接到redis队列查询即可，部分代码如下：
@ApiOperation(value = "查询当日总步数排名", notes = "查询当日总步数排名")
@RequestMapping(value = "/getRankAll", method = {RequestMethod.GET}, produces = {MediaType.APPLICATION_JSON_VALUE})
public BaseResponse<List<StepsRankAllResp>> getRankAll(int begin,int pageSize) {
　　BaseResponse<List<StepsRankAllResp>> baseResponse = new BaseResponse<>();
　　List<StepsRankAllResp> list = stepService.getRankAllFromRedis(begin,pageSize);
　　if(list.isEmpty()) list = stepService.getRankAll(begin,pageSize);//redis查不到数据就从Mongo查
　　baseResponse.setCode(0);
　　baseResponse.setMsg("返回数据成功");
　　baseResponse.setData(list);
　　return baseResponse;
}
@Override//todo 从redis读取
public List<StepsRankAllResp> getRankAllFromRedis(int begin, int pageSize) {
　　List<StepsTop> stepsList = redisListTemplate.opsForList().range(redisQueueKey,begin,pageSize);
　　List<StepsRankAllResp> list = new ArrayList<>(stepsList.size());
　　for (int i = 0; i < stepsList.size(); i++) {
　　　　StepsRankAllResp stepsRankAllResp = new StepsRankAllResp();
　　　　StepsTop stepsTop = stepsList.get(i);
　　　　BeanUtils.copyProperties(stepsTop,stepsRankAllResp);
　　　　stepsRankAllResp.setRank(begin + i + 1);
　　　　list.add(stepsRankAllResp);
　　}
　　return list;
}
　　jmeter并发测试：访问接口文档--http://localhost:8080/swagger-ui.html/，调接口查询排名，配置调接口5000次，持续5秒，聚合报告如下：

　　案例二：统计活跃用户数（统计某个移动端app软件在各个下载渠道的活跃设备数，以起始时间，版本号，系统类型等作为查询条件，这里为了简便起见，不考虑查询条件）。技术架构：java8，spring boot2.0.0，mysql，mongodb，mybatis，swagger，idea，maven。
　　添加测试数据：新建4个表（建4个表是为了用多线程添加数据比较快，要不然“我没得耐心等”），包括APP_CHANNEL--下载渠道,DEVICE_ID--设备id号,DEVICE_HASHCODE--设备id号的hash值,DEVICE_HASHCODE_IDX--hash值的绝对值除以16384的余数。将1000w条记录插入这4个表，每个表250万，然后新建32个表，根据DEVICE_HASHCODE_IDX对32取模，将四个表的数据按类别插入到这32个表中，移动设备被分成了32个类，此时再也不用担心select app_channel,count(distinct device_id) from t group by app_channel;的效率了，如果你用的是专业的服务器，还有多台机器，你完全可以放到更多甚至几百个表中，这样就更无敌了。好了，现在我不关心去重再计数(MySQL的大表去重计数慢到你怀疑人生)的问题了，我只需要将每个表的数据合到一起（总数据量<=分表的个数*下载渠道个数），再分组求和（select app_channel,sum(device_count) from t group by app_channel）。部分代码如下：
@Override//按设备分类将1000w数据放到32个表中
public void insertTables(int tableCount) {
　　IntStream.range(0,tableCount).parallel().forEach(i->this.insertOneTable(i,tableCount));
}
private void insertOneTable(int i,int tableCount){
　　commonMapper.truncateTable(tableName + "_" + i);
　　for (int k = 0; k < 4; k++) {
　　　　List<StartRecordMapperRequest> list0 = new ArrayList<>(1000_0000/tableCount/4);
　　　　for (int j = i; j < 16384; j+=tableCount) {
　　　　　　List<StartRecordMapperRequest> list = commonMapper.getStartDataByRem(tableName + k, j);
　　　　　　list0.addAll(list);
　　　　}
　　　　int size = list0.size();
　　　　for (int j = 0; j < size/10000 + 1; j++) {
　　　　　　List<StartRecordMapperRequest> list = list0.subList(j*10000,Math.min(j*10000 + 10000,size));
　　　　　　commonMapper.insertTables(list,tableName + "_" + i);
　　　　}
　　}
　　System.out.println(i + " =================");
}
　　查询活跃用户数：将32个表的活跃设备数据先查出来，即select app_channel,count(distinct device_id) from t group by app_channel;插入到mongo文档，再从mongo分组求和即可得到最终的活跃设备数，部分代码如下：
@Override
public List<Document> getActiveCount(int tableCount) {
　　mongoTemplate.dropCollection(ActiveChannelCountMongo.class);
　　if(!mongoTemplate.collectionExists(ActiveChannelCountMongo.class))
　　IntStream.range(0,tableCount).parallel().forEach(this::getActiveCountOne);
　　TypedAggregation<ActiveChannelCountMongo> aggregation = Aggregation.newAggregation(
　　　　ActiveChannelCountMongo.class,
　　　　project("appChannel", "activeCount"),//查询用到的字段
　　　　// match(Criteria.where("dateTime").lte(Date.valueOf(todayZero).getTime()).gte(Date.valueOf(yesterday).getTime())),
　　　　group("appChannel").sum("activeCount").as("activeCount"),
　　　　sort(Sort.Direction.DESC,"activeCount"),
　　　　project("appChannel", "activeCount").and("appChannel").previousOperation()//输出字段,后面是取别名
　　).withOptions(newAggregationOptions().allowDiskUse(true).build());//内存不足就到磁盘读写
　　AggregationResults<Document> results = mongoTemplate.aggregate(aggregation, ActiveChannelCountMongo.class, Document.class);
　　return results.getMappedResults();
}

private void getActiveCountOne(int i){
　　List<ActiveChannelCount> list = viewMapper.getActiveCount(tableName + i);
　　mongoTemplate.insert(list,ActiveChannelCountMongo.class);
}

　　调接口看执行时间和返回结果：访问接口文档--http://localhost/swagger-ui.html/，调接口输出如下日志：
前端调用方法开始----getActiveCount---->：#{"URL地址":/view/getActiveCount, "HTTP方法":GET，参数：, "tableCount":32}
前端调用方法结束----getActiveCount---->：返回值: BaseResponse{code=0, msg='获取数据成功', data=[Document{{activeCount=111792, appChannel=appStore}}, Document{{activeCount=73757, appChannel=yingyongbao}}, Document{{activeCount=55640, appChannel=baiduyingyong}}, Document{{activeCount=55605, appChannel=vivo}}, Document{{activeCount=36997, appChannel=xiaomi}}, Document{{activeCount=36991, appChannel=360yingyong}}, Document{{activeCount=18575, appChannel=samsung}}, Document{{activeCount=18528, appChannel=iTools}}, Document{{activeCount=18483, appChannel=oppo}}, Document{{activeCount=18472, appChannel=htc}}, Document{{activeCount=18457, appChannel=huawei}}, Document{{activeCount=18374, appChannel=wandoujia}}, Document{{activeCount=18329, appChannel=mezu}}]}
2018-11-11 09:45:26,595 INFO - [http-nio-80-exec-13 ] c.e.f.c.m.i.RequestTimeConsumingInterceptor : /view/getActiveCount 3010ms

　　结束语：本文的方案能解决一些高并发，大数据量的问题，但只是对于数据量不是特别巨大，又想用较低成本解决问题的一小点想法。