大偏移量下Redis、MongoDB分页/排名性能比较

题目其实并不太准确，因为数据库并不会提供 分页、排名等功能，提供的只是数据的存取，分页排名这些都是我们基于数据库的实用案例而已。然而无论是 Redis还是 MongoDB，通常都有一些常规的做分页和排名的方法。本文就通过一些测试数据来向大家介绍Redis和MongoDB（以及传统关系型数据库）在这方面的性能差别。

分页

首先我们来做一个分页，在MongoDB中示例数据如下所未：

db.scores.find();
{lid: ObjectId("4fe506dabb2bfa742d000001"), score: 1, name: 'user_1'}
{lid: ObjectId("4fe506dabb2bfa742d000001"), score: 2, name: 'user_2'}
{lid: ObjectId("4fe506dabb2bfa742d000001"), score: 3, name: 'user_3'}
{lid: ObjectId("4fe506dabb2bfa742d000001"), score: 4, name: 'user_4'}

其中lid字段用于区分不同的纬度，主要用在筛选上，在测试collection中，一共有五个不同的lid值，每一个对应1,200,000条数据，一共6,000,000条数据。索引在lid 和 score上。（下面的查询能使用到索引）

然后我们进行下面的性能测试：

collection = Mongo::Connection.new.db('test').collection('scores')
Benchmark.bmbm do |x|
  x.report("mongo small") do
    100.times do |i|
      collection.find({:lid => lids.sample}, {:fields => {:_id => false, :score => true, :user => true}}).sort({:score => -1}).limit(20).skip(i * 20).to_a
    end
  end
  x.report("mongo medium") do
    100.times do |i|
      collection.find({:lid => lids.sample}, {:fields => {:_id => false, :score => true, :user => true}}).sort({:score => -1}).limit(20).skip(i * 1000).to_a
    end
  end
  x.report("mongo large") do
    100.times do |i|
      collection.find({:lid => lids.sample}, {:fields => {:_id => false, :score => true, :user => true}}).sort({:score => -1}).limit(20).skip(i * 10000).to_a
    end
  end
end

上面分别对skip条数比较小，中等大小和非常大三种情况进行了测试。而limit指定获取的数据都一样是20条。这三种情况下的测试结果分别是：0.6 秒， 17 秒，173 秒。

我们可以看到，对MongoDB来说，skip的大小严重影响性能，应该严格避免特别大的skip操作。

下面我们将类似的数据用Redis的Sorted Sets进行存储。并进行相应的性能测试

redis = Redis.new(:driver => :hiredis)
Benchmark.bmbm do |x|
  x.report("redis small") do
    100.times do |i|
      start = i * 20
      redis.zrevrange(lids.sample, start, start + 20, :with_scores => true)
    end
  end
  x.report("redis medium") do
    100.times do |i|
      start = i * 1000
      redis.zrevrange(lids.sample, start, start + 20, :with_scores => true)
    end
  end
  x.report("redis large") do
    100.times do |i|
      start = i * 10000
      redis.zrevrange(lids.sample, start, start + 20, :with_scores => true)
    end
  end

这里skip的值和上面MongoDB中是一样的，那么Redis的表现如何呢。这三种情况下的测试结果分别是：0.028 秒， 0.025 秒， 0.028 秒。

采用类似于MongoDB的数据结构存储在PostgreSQL中并进行相同的测试，其结果比MongoDB还要差一点。具体结果如下：

mongo small   0.6
mongo medium   17
mongo large   173
redis small   0.028
redis medium   0.025
redis large   0.028
pg small   1
pg medium   122
pg large   650

排名

排名功能与分页功能类似，不同的是排名是通过计算大于某个值的条数来做的。

比如：

//sql
select count(*) from scores where lid = $1 and score > $2

//mongo
db.scores.find({lid: lid, score: {$gt: score}}).count()

由于排名和分页实现原理上类似，所以结果实际上差不多。测试结果如下：

mongo top rank   1.155847
mongo average    22.291007

redis top rank   0.169442
redis average    0.162205

pg top rank      0.714144
pg average       21.771570

结论

上面做了对比，那么本文要说一个什么问题呢？

首先，在MongoDB中，尽量避免进行比较大的skip操作，比如在分页中，如果你能知道需要获取数据的上一条score是多少，那么可能能够用下面的方法来获取你要的数据，而不是通过一次很大的skip操作。

  db.scores.find({lid: lid, score: {$lt: last_score}}).sort({score: -1}).limit(20)

另外，如果你需要进行比较大的skip操作或者count比较大的数量，那么可以考虑采用Redis的Sorted Sets来做。

后记

本文在微博上引起了一些技术朋友的讨论，对于对比的问题这里做一个说明。

我 们知道，Redis是内存数据库，而MongoDB不是，所以有朋友质疑这里的对比是否只是内存与磁盘的对比。实际上这一说法不无道理，上面的测试数据出 自原作者文章，其文章也并未提及MongoDB是否都在内存中。根据我个人的实验结果，当数据全部能够在内存中时，确实不会出现如本文中所说的 MongoDB性能严重差异。但是，随着skip的变大，操作时间还是在显著变长，而Redis的Sorted Sets则相对稳定。

同时也欢迎更多实验对比数据和原理分析的讨论。感谢大家。