java 实时排行榜_Java游戏服务器-百万规模实时排行榜实现
有人的地方就有对比,游戏中自然也少不了排行榜。
当前项目设计目标是,每个服务器玩家数量为百万左右。每个玩家都有战力、经验等属性,战力最大值在50万以内。
现在期望能有战力排行榜,有以下几点需求:
全部角色参与排行,能实时知道某个角色的排名
排行榜显示前100名玩家详情
排名规则是战力越高排名越前,战力相同则比较经验,经验再相同则比较创建时间。
排行榜算法并不少见,这篇文章介绍的就不错。根据上述需求分析,最适合采用文中的算法3,即树形分区设计,具体算法文中有详细介绍。
采用该算法,时间复杂度在O(log(n)),在百万规模下空间消耗也就几十M。但有两个问题待解决:
战力相同时如何确定具体排名
如何获得TOP N
针对问题1,假定游戏设计的战力相对均匀(尽管高战力显然更分散),那么战力相同的玩家数量会在一个较小规模内。依然以战力构建排行树,相同战力为同一个节点。节点可以存在一个有序列表,以经验、创建时间排序。这里有个小技巧,以玩家ID等效于创建时间,就直接记录了相应玩家,同时也保证了唯一性。这在增加删除(排名改变时)尤为有用。
针对问题2,排行树算法决定了最终战力节点都是叶子节点,同时在叶子节点层,战力总是从左向右递增的。在树构建过程中,可以分别使用一个前向和后向节点,将所有叶子节点连成一个双向链表。这样就可以做到既能得到前N名,也可以得到后N名,时间复杂度都是O(N)。
下面show the code,完整代码请参看文末。
public class LeaderboardTree{
class LeaderboardNode{
public int lowerKey = 0;
public int upperKey = 0;
public int number = 0;
public ArrayList extraList = new ArrayList();
public LeaderboardNode left = null;
public LeaderboardNode right = null;
public LeaderboardNode prev = null;
public LeaderboardNode next = null;
}
LeaderboardNode root = null;
LeaderboardNode head = null;
LeaderboardNode tail = null;
public void setup(int lowerKey, int upperKey){
root = setupNode(root, lowerKey, upperKey);
}
public void insert(int score, Extra extra){
insertIntoNode(root, score, extra);
}
public void remove(int score, Extra extra){
removeFromNode(root, score, extra);
}
public void change(int oldKey, int newKey, Extra extra){
remove(oldKey, extra);
insert(newKey, extra);
}
public int getRanking(int score, Extra extra){
return getRankingOfNode(root, score, extra) + 1;
}
public ArrayList getTopN(int n){
ArrayList dataList = new ArrayList();
int count = 0;
LeaderboardNode cursor = tail;
while (cursor != null) {
for (Extra extra : cursor.extraList) {
LeaderboardData data = new LeaderboardData();
data.ranking = ++count;
data.key = cursor.lowerKey;
data.extra = extra;
dataList.add(data);
if (count >= n) {
return dataList;
}
}
cursor = cursor.prev;
}
return dataList;
}
private LeaderboardNode setupNode(LeaderboardNode node, int lowerKey, int upperKey){
if (lowerKey > upperKey) {
return null;
}
node = new LeaderboardNode();
node.lowerKey = lowerKey;
node.upperKey = upperKey;
node.number = 0;
node.extraList.clear();
if (isLeafNode(node)) {
if (head == null) {
head = node;
}
if (tail != null) {
tail.next = node;
node.prev = tail;
}
tail = node;
return node;
}
if (upperKey > lowerKey) {
final int middleKey = getMiddleKey(lowerKey, upperKey);
node.left = setupNode(node.left, lowerKey, middleKey);
node.right = setupNode(node.right, middleKey + 1, upperKey);
}
return node;
}
private void insertIntoNode(LeaderboardNode node, int score, Extra extra){
if (node == null) {
return;
}
if (!isInsideNode(node, score)) {
return;
}
++node.number;
if (isLeafNode(node)) {
node.extraList.add(extra);
node.extraList.sort((Extra left, Extra right) -> left.compareTo(right));
return;
}
final int middleKey = getMiddleKey(node.lowerKey, node.upperKey);
if (score <= middleKey) {
insertIntoNode(node.left, score, extra);
} else {
insertIntoNode(node.right, score, extra);
}
}
private void removeFromNode(LeaderboardNode node, int score, Extra extra){
if (node == null) {
return;
}
if (!isInsideNode(node, score)) {
return;
}
--node.number;
if (isLeafNode(node)) {
node.extraList.remove(extra);
node.extraList.sort((Extra left, Extra right) -> left.compareTo(right));
return;
}
final int middleKey = getMiddleKey(node.lowerKey, node.upperKey);
if (score <= middleKey) {
removeFromNode(node.left, score, extra);
} else {
removeFromNode(node.right, score, extra);
}
}
private int getRankingOfNode(LeaderboardNode node, int score, Extra extra){
int ranking = 0;
if (node == null) {
return ranking;
}
if (score < node.lowerKey) {
ranking += node.number;
return ranking;
}
if (score > node.upperKey) {
ranking += 0;
return ranking;
}
if (isLeafNode(node)) {
ranking += Math.max(node.extraList.indexOf(extra), 0);
return ranking;
}
final int middleKey = getMiddleKey(node.lowerKey, node.upperKey);
if (score <= middleKey) {
ranking += node.right != null ? node.right.number : 0;
ranking += getRankingOfNode(node.left, score, extra);
} else {
ranking += getRankingOfNode(node.right, score, extra);
}
return ranking;
}
private int getMiddleKey(int lowerKey, int upperKey){
final int middleKey = lowerKey + ((upperKey - lowerKey) >> 1);
return middleKey;
}
private boolean isInsideNode(LeaderboardNode node, int score){
return score >= node.lowerKey && score <= node.upperKey;
}
private boolean isLeafNode(LeaderboardNode node){
return node.lowerKey == node.upperKey;
}
}
针对我们的需求,key就是战力,extra包含玩家经验和ID。
采用这种做法,需要在服务器启动时重新构建排行树,先确定排行战力区间,然后依次插入每个玩家战力等数据。运行期间,玩家战力等改变时,先删除旧的排行,再插入新的排行。
该算法在处理千万数据时依然有效,但再大规模性能会不足,占用空间也可观。如果战力分布不均,同战力玩家过多,性能也会大幅退化,可将ArrayList替换为更高效的数据结构,或变通需求。
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