MongoDB 如何实现实时排名

why_rookie 发布于2019-06-26 16:58 / 2385人阅读

摘要：总之，通过这样的保存方式，我们能够实现当学生成绩改变时，快速简单的修改数据库记录，而又能够实时的查询出新的排名了。

当我们将考试分数录入系统时，会要对学生的分数进行一个排名，这个不困难。困难的是当学生的分数变更时，如何实时更新这些排名？

如果我们将排名保存为一个字段，那么意味着每次修改分数都会导致重新计算排名，以及更新数据库中的排名字段值。这个计算量可大可小，极端的情况下，如果一个学生的分数从第一名变成 0（比如因为作弊而成绩清零），那么所有学生的排名都有可能要改，这就导致大批量的数据库 update 操作。

这种方式显然是效率非常低的。那么这里给出一个解决办法，能够实现修改分数的同时，排名立刻得到更新，而无需大规模修改数据库记录。本文以 MongoDB 为例介绍如何保存这些分数。

假设我们有 10 个学生的考试成绩分别为：

50 50 50 60 60 60 60 80 90 100

那么我可以创建一条排名记录（假设这条记录在集合 scores 里面），内容如下：

{
  key: "exam_001",
  scoreMap: [
    {score:50, count:3},
    {score:60, count:4},
    {score:80, count:1},
    {score:90, count:1},
    {score:100, count:1}
  ]
}

看到这里你就应该明白了，我保存的只是每个分数对应的人数。这样当我需要添加一个 80 分的成绩时，我只需将 {score:80, count:1} 改为 {score:80, count:2} 即可。

这种情况下如何获得一个学生的排名呢？首先要说明，每个学生对应的分数并没有保存在这里（你可以保存到另外的表里面，然后查出该学生的分数），这里保存的是分数的排名，而不是学生的排名。所以你查出分数后，对 scoreMap 数组中所有 score 大于该分数的元素的 count 值进行一个总和即可。

比如我想知道 85 分是第几名，从数组中可以算知大于 85 分的人数为 2，那么 85 分自然是第 3 名了。

那么在 MongoDB 里面，可以这样查询：

db.scores.aggregate([
     {$match:{key:"exam_001"}}，
     {$unwind:"$scoreMap"},
     {$match:{"scoreMap.score": {$gt: 85}}},
     {$group:{_id:0,count:{$sum:"$scoreMap.count"}}}
]);

查出来的结果为：

{ "_id" : 0, "count" : 2 }

这种保存方式有一个极大的好处，就是不论有多少学生参加排名，我的记录数始终是有限的。假设这门考试总分 100 分，有 100 万学生参加排名，那么极端情况下 scoreMap 数组中也只会有 201 个元素（0, 0.5, 1, ... 99.5, 100）。也就是说，它的值空间是非常有限的。

有人会进一步提出：如果我将班级平均分（带两位小数）也加入这样的排名呢？值空间将会变成几万个，这样的排名查询起来岂不会很慢？

实际上不是这样子的。虽然两位小数使得值空间很大，但参与排名的班级非常有限，也就是说值的实际数量很小。如果是 100 个班级参与排名，不存在相同平均分的情况下， scoreMap 数组中也只有 100 个元素。所以计算排名丝毫不会慢下来。

如何更新

现在我们的排名已经不再是直接保存在数据库，而是在查询的时候算出来，那么当一个学生的成绩变更时，我应该如何更新数据库记录呢？

当一个学生的成绩从 a 变为 b 时，我们需要做两个操作：

将成绩为 a 的学生数量 -1；

将成绩为 b 的学生数量 +1。

在 MongoDB 中，更新 scoreMap 数组元素的语句是这样的：

给某个分数的人数加一的时候：

db.scores.update(
    {key:"exam_001", scoreMap:{$elemMatch:{score:99.5}}},
    {$inc:{"scoreMap.$.count":1}}
)

给某个分数的人数减一的时候：

db.scores.update(
    {key:"exam_001", scoreMap:{$elemMatch:{score:99.5,count:{$gt:0}}}},
    {$inc:{"scoreMap.$.count":-1}}
)

注意减一的时候，查询条件加上了一个 count:{$gt:0} 的判断，这是为了避免人数变成负数。

总之，通过这样的保存方式，我们能够实现当学生成绩改变时，快速简单的修改数据库记录，而又能够实时的查询出新的排名了。

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