Redis入門教程詳解

Redis

Redis是一個(gè)開源（BSD許可）的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，用作數(shù)據(jù)庫(kù)、緩存和消息代理。Redis提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如strings, hashes, lists, sets, sorted sets with range queries, bitmaps, hyperloglogs, geospatial indexes, and streams.。Redis具有內(nèi)置復(fù)制、Lua腳本、LRU eviction、事務(wù)和不同級(jí)別的磁盤持久性，并通過Redis Sentinel和Redis Cluster的自動(dòng)分區(qū)提供高可用性。

一、Redis基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1. 字符串 （String）

字符串類型是Redis中最為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型，它在Redis中是二進(jìn)制安全的，這意味著該類型可以接受任何格式的數(shù)據(jù)，如JPEG圖像數(shù)據(jù)或json對(duì)象描述信息等。在Redis中字符串類型的value最多可以容納的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是512M。

常用命令：

• set key value 設(shè)置值
• get key 獲取值
• getset 將給定的值設(shè)置進(jìn)去，并返回舊值
• mget key1 key2... 獲取一個(gè)或多個(gè)key的值
• setnx key value 當(dāng)key不存在時(shí)才設(shè)置值
• incr key 將key存儲(chǔ)的值+1
• incrby key increment 將 key 所儲(chǔ)存的值加上給定的增量值（increment）
• decr key 將key存儲(chǔ)的值-1
• decrby key increment 將 key 所儲(chǔ)存的值減去給定的增量值（increment）
• strlen key 返回key所存儲(chǔ)的字符串的長(zhǎng)度

注意：

1.字符串a(chǎn)ppend命令會(huì)使用更多的內(nèi)存

2.整數(shù)共享：如果能使用整數(shù)，就盡量使用整數(shù)

3.整數(shù)精度問題：redis能保證16位精度，17-18位的大整數(shù)就會(huì)丟失精度

2. 散列（hash）

Redis中Hash類型可以看成句又String key和String value的map容器。所以該類型非常適合存儲(chǔ)對(duì)象的信息。

常用命令：

• hset key field value
• hget key field
• hmset key field1 value1 [field2 value2 ] 同時(shí)set多個(gè)field值
• hmget key field1 [field2]
• hgetall key 獲取key的所有值
• hincrby key field increment 給指定的key的field增加給定的增量值(increment)
• hkeys key 獲取某個(gè)key的所有field
• hvals key 獲取某個(gè)key的所有value
• hlen key 獲取hash表中字段的數(shù)量
• hexists key field 查看hash表中的字段是否存在
• hdel key field1 [field2] 刪除一個(gè)或多個(gè)hash表字段

3. 列表（list）

在Redis中，List類型是按照插入順序排序的字符串鏈表。和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)中的普通鏈表一樣，可以在頭部和尾部添加新的元素。在插入時(shí)如果鍵不存在，Redis將為該鍵創(chuàng)建一個(gè)新的鏈表。與此相反，如果鏈表中所有的元素均被移除，那么該鍵也會(huì)被從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除。

常用命令：

• lpush key value1 [value2] 將一個(gè)值或多個(gè)值插入到列表頭部
• rpush key value1 [value2] 將一個(gè)值或多個(gè)值插入到列表尾部
• lrange key start stop 獲取列表指定范圍的元素
• lpop key 移出并獲取列表中的第一個(gè)元素
• rpop key 移出并獲取列表中的最后一個(gè)元素
• blpop key1 [key2 ] timeout 阻塞性的移出并獲取列表的第一個(gè)元素，如果沒有元素就會(huì)阻塞到超時(shí)或有元素為止
• brpop key1 [key2 ] timeout 阻塞性的移出并獲取列表的最后一個(gè)元素，如果沒有元素就會(huì)阻塞到超時(shí)或有元素為止
• lindex key index 通過索引位置獲取列表中的元素
• llen key 獲取列表長(zhǎng)度
• lset key index value 通過索引位置設(shè)置值
• ltrim key start stop 對(duì)一個(gè)列表進(jìn)行修剪，只保留指定區(qū)間的元素，區(qū)間外的都刪除掉

4. 集合（Set）

Redis 的 Set 是 String 類型的無序集合。集合成員是唯一的，這就意味著集合中不能出現(xiàn)重復(fù)的數(shù)據(jù)。Redis 中集合是通過哈希表實(shí)現(xiàn)的，所以添加，刪除，查找的復(fù)雜度都是 O(1)。集合中最大的成員數(shù)為 2^32 - 1

常用命令：

• sadd key member1 [member2] 向集合中添加元素
• scard key 獲取集合的成員數(shù)
• sdiff key1 [key2] 返回第一個(gè)集合與其他集合之間的差異
• sinter key1 [key2] 返回給定所有集合的交集
• sunion key1 [key2] 返回給定集合的并集
• sismember key member 判斷member元素是否是集合中的成員
• smembers key 返回集合中所有成員
• spop key 移除并返回集中中的一個(gè)隨機(jī)元素
• srandmember key [count] 返回集合中一個(gè)或多個(gè)隨機(jī)數(shù)
• srem key member1 [member2] 移除集合中一個(gè)或多個(gè)成員

5. 有序集合（sorted set）

Redis 有序集合和集合一樣也是 string 類型元素的集合,且不允許重復(fù)的成員。不同的是每個(gè)元素都會(huì)關(guān)聯(lián)一個(gè) double 類型的分?jǐn)?shù)。redis 正是通過分?jǐn)?shù)來為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序。

常用命令：

• zadd key score1 member1 [score2 member2] 向有序集合中添加一個(gè)或多個(gè)成員，或更新已有成員的分?jǐn)?shù)
• zcard key 獲取有序集合中的成員數(shù)量
• zrange key start end [withscores] 通過索引區(qū)間返回有序集合中的成員
• zrevrange key start stop [WITHSCORES] 通過索引區(qū)間返回有序集合中的成員，分?jǐn)?shù)從高到低
• zrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT] 通過分?jǐn)?shù)返回有序集合指定區(qū)間內(nèi)的成員
• zrevrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT] 通過分?jǐn)?shù)返回有序集合指定區(qū)間內(nèi)的成員，分?jǐn)?shù)由高到低排序
• zrem key member [member ...] 移除
• zremrangebyrank key start stop 移除給定排名區(qū)間的所有成員
• zremrangebyscore key min max 移除給定分?jǐn)?shù)區(qū)間的所有成員
• zscore key member 返回有序集合中成員的分?jǐn)?shù)

二、Redis的高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1. HyperLogLog

Redis 在 2.8.9 版本添加了 HyperLogLog 結(jié)構(gòu)。Redis HyperLogLog是用來做基數(shù)統(tǒng)計(jì)的算法，HyperLogLog的優(yōu)點(diǎn)是，在輸入元素的數(shù)量或者體積非常非常大時(shí)，計(jì)算基數(shù)所需的空間總是固定 的、并且是很小的。不過這個(gè)是估算，有一定的誤差。

基數(shù)計(jì)算指的是統(tǒng)計(jì)一批元素中不重復(fù)元素的個(gè)數(shù)，比如UV的統(tǒng)計(jì)。實(shí)現(xiàn)基數(shù)統(tǒng)計(jì)最常見的是用Set這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但是大數(shù)據(jù)量下Set會(huì)占用很大的存儲(chǔ)空間。

常用命令：

• pfadd key element [element ...] 添加指定元素到HyperLogLog 中
• pfcount key [key ...] 返回給定key的基數(shù)估算值
• pfmerge destkey sourcekey [sourcekey ...] 將多個(gè)hyperloglog 合為一個(gè)

2. GEO

Redis GEO主要用于存儲(chǔ)地理位置信息，并對(duì)其進(jìn)行操作。該功能在Redis3.2版本增加

常用命令：

• geoadd key longitude latitude member [longitude latitude member ...] 添加地理位置坐標(biāo)
• geopos key member [member ...] 返回指定member的經(jīng)緯度
• geodist key member1 member2 [m|km|ft|mi] 計(jì)算兩個(gè)位置的距離 后面的是單位

m【米】 km【千米】 ft【英尺】 mi【英里】

• georadius key longitude latitude radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count] [ASC|DESC] [STORE key] [STOREDIST key] 以給定的經(jīng)緯度為中心，返回鍵包含的元素中，與中心距離不超過給定最大距離的所有位置元素
• georadiusbymember key member radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count] [ASC|DESC] [STORE key] [STOREDIST key] 同上，只不過中心位置的傳參由經(jīng)緯度變成了member
• geohash key member [member ...] 獲取一個(gè)或多個(gè)元素的geohash值

3. BitMap

BitMap的原理上一篇已經(jīng)講過了，它可以用作大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)，不過存儲(chǔ)的內(nèi)容只能是0或1. 可以使用在10億用戶的在線狀態(tài)，1代表在線，0代表離線。

value值只能是0、1

• setbit key offset value
• getbit key offset
• bitcount key 獲取值為1的個(gè)數(shù)

三、Redis 高級(jí)特性

1. Redis事務(wù)

Redis的事務(wù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)概念不同，Redis會(huì)將一個(gè)事務(wù)中的所有命令序列化,然后按順序執(zhí)行。Redis不可能在一個(gè)Redis事務(wù)的執(zhí)行過程中插入執(zhí)行另一個(gè)客戶端發(fā)出的請(qǐng)求，事務(wù)中任意命令失敗不影響其他命令的執(zhí)行，也不會(huì)回滾。

2. 發(fā)布訂閱

發(fā)布訂閱是一種通信模式，發(fā)送者發(fā)送消息，訂閱者接受消息?？蛻舳丝梢杂嗛喍鄠€(gè)頻道，然后有新消息發(fā)送給頻道，訂閱該頻道的客戶端就都能收到消息。

常用命令：

• subscribe channel [channel ...] 訂閱一個(gè)或多個(gè)頻道
• psubscribe pattern [pattern ...] 訂閱一個(gè)或多個(gè)符合給定模式的頻道
• publish channel message 將消息發(fā)送到指定通道
• unsubscribe [channel [channel ...]] 退訂給定的頻道
• punsubscribe channel [channel ...] 退訂所有給定模式的頻道。

3. 腳本

Redis 腳本通過Lua解釋器來執(zhí)行腳本，Redis 2.6 版本通過內(nèi)嵌支持Lua環(huán)境

基本語(yǔ)法如下：
EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]

例子：

EVAL "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2 key1 key2 first second

4. Redis Stream

Redis Stream是5.0版本新增的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Redis Stream主要用于消息隊(duì)列，Redis本身有一個(gè)發(fā)布/訂閱功能，但是它有一個(gè)缺點(diǎn)，消息沒有持久化，如果網(wǎng)絡(luò)中斷或宕機(jī)，數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。

Redis Stream提供了消息的持久化和主備復(fù)制功能，它有一個(gè)消息鏈表，把所有加入的消息都串起來，每個(gè)消息都有唯一的ID和內(nèi)容。

常用命令：

• xadd key ID field value [field value ...] 添加消息

xadd mystream * name sa surname occc (*代表id由redis生成)

• xdel key ID [ID ..] 刪除消息
• xrange key start end [COUNT count] 查看消息

xrange mystream - + (- 代表最小值，+ 代表最大值)

• xgroup [CREATE key groupname id-or-$] [SETID key groupname id-or-$] [DESTROY key groupname] [DELCONSUMER key groupname consumername] 創(chuàng)建消費(fèi)者組

從頭開始消費(fèi)：

xgroup create mystream consumer-group-name 0-0

從尾部開始消費(fèi)，只接受新消息

xgroup create mystream consumer-group-name $

• xreadgroup group group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] [NOACK] STREAMS key [key ...] ID [ID ...] 從消費(fèi)者組讀取消息

XREADGROUP GROUP consumer-group-name consumer-name COUNT 1 STREAMS mystream

第二個(gè)group ：消費(fèi)組名
consumer： 消費(fèi)者名
count ：讀取數(shù)量
milliseconds ： 阻塞毫秒數(shù)
key ：隊(duì)列名
ID：消息id

四、Redis使用場(chǎng)景

1. 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)緩存

1.通用數(shù)據(jù)緩存：String、list

2.等會(huì)話緩存、token、session緩存

2. 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理

1.非嚴(yán)格一致性要求的數(shù)據(jù)

2.業(yè)務(wù)操作去重：訂單處理的冪等校驗(yàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)排序

3. 全局一致計(jì)數(shù)

1.全局流控

2.秒殺時(shí)庫(kù)存計(jì)算

3.全局ID生成

4. 高效統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)

1.id、ip等使用bitmap操作

2.使用HyperLogLog進(jìn)行UV、PV等非精確性的統(tǒng)計(jì)

5. 發(fā)布訂閱與Stream

用于消息發(fā)布訂閱模式

6. 分布式鎖

1.獲取鎖

set key my_random_value NX PX 30000

2.釋放鎖,需要用到lua腳本保證原子性

if redis.call("get",KEYS[1])==ARGV[1] then
   return redis.call("del",KEYS[1])
else
  return 0
end

五、Redis的Java客戶端

1. Jedis

基于BIO、線程不安全，需要配置連接池管理連接

2. Lettuce

目前主流推薦的驅(qū)動(dòng)，基于Netty NIO，API線程安全

3. Redission

基于Netty NIO，API線程安全。大量豐富的分布式功能，如分布式的基本數(shù)據(jù)類型和鎖。

六、項(xiàng)目集成

1. SpringMvc項(xiàng)目可以引入Spring data redis

maven依賴

dependency>
            groupId>org.springframework.data/groupId>
            artifactId>spring-data-redis/artifactId>
            version>2.1.2.RELEASE/version>
/dependency>

核心是RedisTemplate（可以配置基于Jedis、Lettuce、Redisson），封裝了基本的redis命令。

2. SpringBoot接入（默認(rèn)使用的Lettuce）

dependency>
			groupId>org.springframework.boot/groupId>
			artifactId>spring-boot-starter-data-redis/artifactId>
/dependency>

配置spring.redis

如：spring.redis.host=127.0.0.1

3. Spring Cache 集成Redis

1.啟用Spring Cache

@EnableCaching

2.方法上添加緩存注解

 @Override
    @Cacheable(value = "userCache")
    public User getUser(Integer id) {
        return userMapper.getUser(id);
    }

3.配置redisCache

@Configuration
public class CacheConfig {

    @Bean
    public RedisCacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
        return RedisCacheManager.create(redisConnectionFactory);
    }
}

番外：

1.Redis到底是單線程，還是多線程？

這個(gè)問題有坑。首先Redis作為一個(gè)進(jìn)程來講是多個(gè)線程的。比如Redis通過多線程方式在后臺(tái)刪除對(duì)象、以及通過 Redis模塊實(shí)現(xiàn)的阻塞命令等.單線程的地方在于探測(cè)哪個(gè)接收完了請(qǐng)求數(shù)據(jù)->數(shù)據(jù)處理->返回?cái)?shù)據(jù)。而其他耗時(shí)操作是用了其他線程。

探測(cè)哪個(gè)客戶端的請(qǐng)求接受完了，使用的是IO多路復(fù)用模型，“多路”是指多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，“復(fù)用”是復(fù)用同一個(gè)線程。

2.為什么IO模塊在Redis6之前是單線程？

因?yàn)镽edis是基于內(nèi)存的操作，CPU不是瓶頸，瓶頸在于機(jī)器內(nèi)存的大小或網(wǎng)絡(luò)帶寬。
3. Redis6之后的多線程是什么？

IO模型使用了多線程的NIO模型，內(nèi)存處理線程也還是單線程。

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