如何使用 Redis完成 PV，UV 统计？

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你好，我是猿java。

面试中，我们经常会被问题 PV，UV，那么，什么是 PV？什么又是UV？如何使用 Redis 统计 PV 和 UV？这篇文章，我们将详细介绍如何在 Java 中使用 Redis 实现 PV 和 UV 的统计。

1. 什么是 PV 和 UV？

  • PV（Page Views）：指页面被访问的总次数。每一次页面加载或刷新都会增加一次 PV，无论访问者是谁。

  • UV（Unique Visitors）：指独立访客数。通常通过用户的唯一标识（如用户 ID、IP 地址、Cookie 等）来统计同一用户在一定时间范围内的访问次数，确保每个独立访客只计数一次。

2. Redis 如何统计 PV 和 UV？

2.1 统计 PV

统计 PV 可以通过 Redis 的 INCR 命令实现。这是一个原子操作，可以确保在高并发情况下准确计数。

2.2 统计 UV

统计 UV 可以使用 Redis 的 HyperLogLog 或 Bitmap 数据结构：

  • HyperLogLog：适合大规模去重统计，占用内存小，但只能估算基数，误差约为 0.81%。
  • Bitmap：通过位图记录用户访问情况，适合用户 ID 范围固定且不大的场景。

本示例中将使用 HyperLogLog 来统计 UV，因为它适用于大规模和动态用户场景，且实现简单。

2.3 数据结构设计

假设我们要统计某个页面（例如 /home）每日的 PV 和 UV，可以设计如下 Redis 键：

  • pv:home:20250301 — 存储 /home 页面在 2025年3月1日的 PV 计数。
  • uv:home:20250301 — 存储 /home 页面在 2025年3月1日的 UV 计数。

3. 示例代码

为了更好地理解如何使用 Redis统计 PV，UV，确保在项目中添加 Jedis 依赖。

示例代码

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import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

import java.time.LocalDate;
import java.time.format.DateTimeFormatter;

public class RedisPvUvCounter {
    // Redis 服务器配置
    private static final String REDIS_HOST = "localhost";
    private static final int REDIS_PORT = 6379;
    private static final String PAGE_NAME = "home"; // 页面名称
    private static final DateTimeFormatter DATE_FORMATTER = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyyMMdd");

    private JedisPool jedisPool;

    // 构造方法，初始化 Jedis 连接池
    public RedisPvUvCounter() {
        JedisPoolConfig poolConfig = new JedisPoolConfig();
        poolConfig.setMaxTotal(128); // 最大连接数，可根据需要调整
        this.jedisPool = new JedisPool(poolConfig, REDIS_HOST, REDIS_PORT);
    }

    /**
     * 统计 PV
     * @param pageName 页面名称
     */
    public void incrementPv(String pageName) {
        String date = LocalDate.now().format(DATE_FORMATTER);
        String pvKey = String.format("pv:%s:%s", pageName, date);
        try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
            jedis.incr(pvKey);
        }
    }

    /**
     * 统计 UV
     * @param pageName 页面名称
     * @param userId   用户唯一标识
     */
    public void addUv(String pageName, String userId) {
        String date = LocalDate.now().format(DATE_FORMATTER);
        String uvKey = String.format("uv:%s:%s", pageName, date);
        try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
            jedis.pfadd(uvKey, userId);
        }
    }

    /**
     * 获取 PV 统计
     * @param pageName 页面名称
     * @return PV 数量
     */
    public long getPv(String pageName) {
        String date = LocalDate.now().format(DATE_FORMATTER);
        String pvKey = String.format("pv:%s:%s", pageName, date);
        try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
            String pvStr = jedis.get(pvKey);
            return pvStr != null ? Long.parseLong(pvStr) : 0;
        }
    }

    /**
     * 获取 UV 统计
     * @param pageName 页面名称
     * @return UV 数量
     */
    public long getUv(String pageName) {
        String date = LocalDate.now().format(DATE_FORMATTER);
        String uvKey = String.format("uv:%s:%s", pageName, date);
        try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
            return jedis.pfcount(uvKey);
        }
    }

    /**
     * 设置键的过期时间（例如 2 天后过期）
     * @param key キー
     * @param seconds 秒数
     */
    public void setExpire(String key, int seconds) {
        try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
            jedis.expire(key, seconds);
        }
    }

    /**
     * 关闭 Jedis 连接池
     */
    public void close() {
        if (jedisPool != null) {
            jedisPool.close();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        RedisPvUvCounter counter = new RedisPvUvCounter();

        String page = "home";
        String user1 = "user_001";
        String user2 = "user_002";

        // 模拟 PV 和 UV 统计
        counter.incrementPv(page);
        counter.addUv(page, user1);

        counter.incrementPv(page);
        counter.addUv(page, user1); // 重复访问，不增加 UV

        counter.incrementPv(page);
        counter.addUv(page, user2);

        // 设置键的过期时间（可选，根据实际需求）
        String date = LocalDate.now().format(DATE_FORMATTER);
        String pvKey = String.format("pv:%s:%s", page, date);
        String uvKey = String.format("uv:%s:%s", page, date);
        counter.setExpire(pvKey, 2 * 24 * 60 * 60); // PV 键 2 天后过期
        counter.setExpire(uvKey, 2 * 24 * 60 * 60); // UV 键 2 天后过期

        // 获取统计结果
        long pv = counter.getPv(page);
        long uv = counter.getUv(page);

        System.out.println("PV 总数: " + pv); // 输出: PV 总数: 3
        System.out.println("UV 总数: " + uv); // 输出: UV 总数: 2

        // 关闭连接池
        counter.close();
    }
}

代码详解

  1. 连接 Redis

    使用 JedisPool 来管理 Redis 连接池，提升性能和资源利用率。通过配置 JedisPoolConfig 可以调整连接池的相关参数，如最大连接数等。

  2. 统计 PV

    • 使用 INCR 命令对 PV 键进行自增。
    • 键的命名规范为 pv:{pageName}:{date}（例如 pv:home:20250301）。
    • 每访问一次页面，调用 incrementPv 方法即可增加 PV 计数。

  3. 统计 UV

    • 使用 PFADD 命令将用户的唯一标识添加到 HyperLogLog 结构中。
    • 键的命名规范为 uv:{pageName}:{date}（例如 uv:home:20250301）。
    • userId 可以是用户的登录 ID、IP 地址或其他唯一标识。
    • HyperLogLog 会自动去重，因此即使同一个用户多次访问，也只会计数一次。

  4. 获取 PV 和 UV 数量

    • PV 使用 GET 命令获取键的值，并转换为 long 类型。如果键不存在，则返回 0。
    • UV 使用 PFCOUNT 命令获取 HyperLogLog 的估算基数。

  5. 设置键的过期时间

    为了避免 Redis 中存储过多历史数据，可以为 PV 和 UV 键设置过期时间。本示例中设置为 2 天后过期。可以根据实际需求调整。

  6. 关闭连接池

    使用完毕后，调用 close 方法关闭 JedisPool，释放资源。

运行示例

运行 main 方法后，将模拟以下操作：

  1. 用户 user_001 访问 /home 页面，PV 增加 1，UV 增加 1。
  2. 用户 user_001 再次访问 /home 页面，PV 增加 1，UV 不变。
  3. 用户 user_002 访问 /home 页面，PV 增加 1，UV 增加 1。

最终输出：

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PV 总数: 3
UV 总数: 2

4. 扩展与优化

4.1 设置键的过期时间

可以在 incrementPv 和 addUv 方法中设置键的过期时间，以自动删除过期数据，避免 Redis 内存不断增长。

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public void incrementPv(String pageName) {
    String date = LocalDate.now().format(DATE_FORMATTER);
    String pvKey = String.format("pv:%s:%s", pageName, date);
    try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
        jedis.incr(pvKey);
        jedis.expire(pvKey, 2 * 24 * 60 * 60); // 设置过期时间为2天
    }
}

public void addUv(String pageName, String userId) {
    String date = LocalDate.now().format(DATE_FORMATTER);
    String uvKey = String.format("uv:%s:%s", pageName, date);
    try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
        jedis.pfadd(uvKey, userId);
        jedis.expire(uvKey, 2 * 24 * 60 * 60); // 设置过期时间为2天
    }
}

4.2 使用 Lua 脚本优化

为了减少 Redis 交互次数，可以使用 Lua 脚本将多个命令合并为一个原子操作。例如，可以在一次 Lua 脚本中同时对 PV 和 UV 进行操作。

4.3 分布式环境下的 Redis 集群

在分布式系统中，可以使用 Redis 集群来提高可用性和扩展性。Jedis 提供了 JedisCluster 类来支持 Redis 集群。

4.4 选择合适的唯一标识

为了准确统计 UV，选择唯一标识非常关键。常见的方式包括：

  • 用户登录 ID：最可靠，但仅适用于已认证用户。
  • IP 地址：简单但可能不够准确，受 NAT 和代理影响。
  • Cookie：通过生成唯一的 Cookie 标识符，即使用户未登录也可以追踪。

根据业务需求选择合适的方式，并注意隐私和数据保护。

4.5 持久化与备份

确保 Redis 的持久化机制（RDB 或 AOF）已正确配置，以防止数据丢失。

5. 总结

本文，我们分析了如何使用 Redis 统计 PV 和 UV，通过 Redis 的 INCR 和 HyperLogLog 数据结构，可以高效地实现 PV 和 UV 的统计。另外，实际工作中，我们可以根据实际业务需求，可以进一步优化和扩展，如设置键过期时间、使用 Lua 脚本、部署 Redis 集群等。

6. 学习交流

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