Thiết kế hệ thống Leaderboard hiệu năng cao: Khi nào dùng SQL, khi nào chọn Redis?

1. Phân tích bài toán và yêu cầu hệ thống

 

Mọi hệ thống lớn đều bắt đầu từ việc làm rõ yêu cầu, gồm:

 

1.1 Yêu cầu chức năng (Functional Requirements)

 

• Cập nhật điểm: Người dùng có thể cập nhật điểm sau mỗi lần chơi hoặc hoàn thành nhiệm vụ.

 

• Lấy Top N: Trả về danh sách người chơi có thứ hạng cao nhất, ví dụ Top 10.

 

• Xem hạng cá nhân: Mỗi người có thể biết mình đang đứng thứ mấy.

 

• Xem hạng xung quanh: Người dùng có thể xem những ai đang ngay trên và dưới mình để tạo cảm giác cạnh tranh.

 

1.2 Yêu cầu phi chức năng (Non-Functional Requirements)

 

• Độ trễ thấp: Hệ thống cần phản hồi rất nhanh, đặc biệt là khi truy vấn hạng (dưới 100ms).

 

• Tính sẵn sàng cao: Phải hoạt động ổn định, không bị downtime.

 

• Dễ mở rộng: Dễ dàng xử lý khi lượng người dùng tăng gấp nhiều lần.

 

• Lưu trữ an toàn: Không để mất điểm số của người dùng, kể cả khi có sự cố.

 

• Nhất quán hợp lý: Có thể chấp nhận việc dữ liệu cập nhật hơi trễ (eventual consistency) để đổi lấy hiệu năng tốt hơn.

 

2. Cách tiếp cận dùng CSDL quan hệ (SQL)

 

Một trong những cách đơn giản nhất là dùng cơ sở dữ liệu quan hệ như MySQL hoặc PostgreSQL:

 

 

 

Ưu điểm:

 

• Dễ triển khai, tính nhất quán cao, dữ liệu bền vững.

 

Hạn chế:

 

• Truy vấn ORDER BY trên bảng lớn rất chậm dù có index.

 

• Tính hạng của một người phải COUNT số người có điểm cao hơn – rất tốn tài nguyên.

 

• Dễ gặp tình trạng "nút cổ chai" do bị truy cập quá nhiều.

 

SQL phù hợp khi lượng người dùng không quá lớn và yêu cầu đơn giản.

 

3. Sử dụng Redis và Sorted Set

 

Khi hiệu năng là yếu tố hàng đầu, Redis là lựa chọn tối ưu. Cấu trúc Sorted Set (ZSET) của Redis rất phù hợp cho bảng xếp hạng: mỗi thành viên có một điểm số, luôn được giữ ở trạng thái sắp xếp.

 

Một số lệnh Redis quan trọng:

 

• ZADD: Thêm hoặc cập nhật điểm số.

 

• ZREVRANGE: Lấy danh sách theo thứ hạng cao xuống thấp.

 

• ZREVRANK: Xác định thứ hạng của một người dùng.

 

Ưu điểm:

 

• Tốc độ rất cao nhờ mọi thao tác chạy trên RAM.

 

• Có sẵn API phục vụ đúng các tác vụ Leaderboard.

 

Hạn chế:

 

• Nếu không cấu hình lưu trữ tốt, có thể mất dữ liệu khi mất điện.

 

4. Kết hợp SQL + Redis (kiến trúc hybrid)

 

Giải pháp hiệu quả và phổ biến là sử dụng cả SQL và Redis. SQL giữ vai trò lưu trữ chính, còn Redis là lớp cache để truy vấn nhanh.

 

Kiến trúc hệ thống bao gồm: Client, API Gateway, Leaderboard Service, Worker, Message Queue, Redis và SQL Database.

 

 

4.1 Luồng ghi dữ liệu

 

• Người dùng gửi điểm lên từ ứng dụng → Leaderboard Service.

 

• Service không xử lý ngay mà gửi dữ liệu vào hàng đợi (Message Queue).

 

• Các Worker đọc dữ liệu từ queue, cập nhật điểm vào SQL và Redis.

 

Vì sao dùng Message Queue?

 

• Tách biệt ghi nhận và xử lý – dễ mở rộng, bảo trì.

 

• Xử lý được các đợt người dùng tăng đột biến.

 

• Tăng độ tin cậy: nếu một phần hệ thống lỗi, dữ liệu vẫn được lưu lại để xử lý sau.

 

4.2 Luồng đọc dữ liệu

 

• Truy vấn từ client sẽ được chuyển đến Redis.

 

• Nếu Redis có sẵn dữ liệu, phản hồi cực nhanh.

 

• Nếu Redis lỗi, hệ thống có thể đọc từ SQL (dự phòng).

 

5. Tổng kết

 

Xây dựng Leaderboard tưởng đơn giản nhưng để đảm bảo hiệu năng, độ tin cậy và khả năng mở rộng thì cần nhiều yếu tố kỹ thuật. SQL phù hợp cho hệ thống nhỏ, Redis giúp tăng tốc độ đáng kể, và kiến trúc hybrid sẽ là lựa chọn tối ưu cho sản phẩm ở quy mô lớn.

 

Hiểu rõ yêu cầu và đặc điểm từng công nghệ là chìa khóa giúp bạn thiết kế được một hệ thống bảng xếp hạng mạnh mẽ và bền vững.