《Redis开发与运维》第二章 API的理解和使用（上）读书笔记

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全局命令

  Redis有五种数据结构，它们是键值对中的值，对于键来说有一些通用的命令。

  • 查看所有的键（keys *） keys *会遍历所有的键，生产环境禁止使用。
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> set java jedis
OK
172.17.236.250:6379> set python redis-py
OK
172.17.236.250:6379> keys *
1) "java"
2) "python"
3) "hello"
172.17.236.250:6379>
  • 键总数（dbsize） dbsize命令计算键总数时直接获取Redis内置的键总数变量，不会去遍历所有的键。
172.17.236.250:6379> dbsize
(integer) 3
  • 检查键是否存在（exists key） 存在返回1，不存在返回0。
172.17.236.250:6379> exists java
(integer) 1
172.17.236.250:6379> exists pp
(integer) 0
  • 删除键（del key \[key ...\]） del无论值是什么类型，del命令都可以将其删除。也可以支持删除多个键。返回结果为删除成功的键数，如果删除一个不存在的键则返回0。
172.17.236.250:6379> del java
(integer) 1
172.17.236.250:6379> del python hello
(integer) 2
172.17.236.250:6379> exists java
(integer) 0
  • 键过期（expire key seconds） Redis支持对键添加过期时间，当超过过期时间后，会自动删除键，例如为键hello设置10秒过期时间。
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> expire hello 10
(integer) 1
  • 返回键过期的剩余时间（ttl key） ttl key有三种返回值：   大于等于0的整数：键剩余的过期时间；   -1：键没有设置过期时间；   -2：键不存在。
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> ttl helo
(integer) -2
172.17.236.250:6379> ttl hello
(integer) -1
172.17.236.250:6379> expire hello 10
(integer) 1
172.17.236.250:6379> ttl hello
(integer) 5
  • 键的数据结构类型（type key） type key会显示键的数据结构类型，如果键不存在则返回结果为none。

数据结构和内部编码

  type key命令实际返回的就是键当前的数据结构类型，分别是string（字符串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合）。但是这些都是Redis对外的数据结构。如下图所示：

在这里插入图片描述
  每一种数据结构都有自己的底层内部编码实现，并且是多种实现，Redis会根据具体的场景去选择合适的内部编码。如下图所示：
在这里插入图片描述

  • 查看内部编码（object encoding key），例如查看键hello对应值的内部编码
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> object encoding hello
"embstr"
  • 设计优点
    • 可以改进内部编码，但是对外部的数据结构无影响；
    • 多种内部编码实现可以在不同场景下发挥各自的优势；

单线程架构

  • 开启两个客户端同时执行命令：
127.0.0.1:6379> incr counter
127.0.0.1:6379> incr counter

  看到如下Redis客户端与服务端的简化模型图：

在这里插入图片描述
  因为Redis是单线程处理命令，所以当一条命令到达服务端是不会被立即执行，所有的命令都会进入到一个队列中，然后再逐步执行，所以上面两个命令的执行顺序是不确定的。如下图所示：
在这里插入图片描述
  但是可以确定的是不会有两条命令同时执行，所以两条incr命令不管是怎么执行都是2，不会产生并发问题。

为什么Redis单线程还能那么快？

  • Redis将所有的数据存在内存中，是纯内存操作；
  • 非阻塞I/O，Redis使用epoll作为I/O多路复用技术实现，再加上Redis自身的事件处理模型将epoll中的连接、读写、关闭都转行为事件，不会在网络I/O上浪费时间。如下图：
    在这里插入图片描述
  • 单线程避免了线程切换和竞态产生消耗；

单线程的好处：

  • 简化数据结构和算法实现；
  • 避免了线程切换和竞态的消耗；

单线程的问题：

  • 如果某个命令执行过长，会造成其它命令阻塞，这对Redis是致命的。

字符串

  字符串是Redis最基础的数据结构。首先键都是字符串类型，并且其他数据结构都是在字符串类型的基础上进行构建的。   字符串类型的值可以为：

  • 字符串（简单的字符串和复杂的字符串（例如：JSON、XML））
  • 数字（整数、浮点数）
  • 二进制（音视频或图片（不能超过512MB））
    在这里插入图片描述

字符串常用操作命令

设置值
  • 设置成功则返回OK
set key value \[ex seconds\] \[px milliseconds] \[nx|xx\]

set命令有以下几个选项：

  • ex seconds：为键设置秒级过期时间；
  • px milliseconds：为键设置毫秒级过期时间；
  • nx：键必须不存在才可以设置成功；
  • xx：与nx相反，键必须存在，才可以设置成功； 除了set之外，Redis还提供了setex和setnx两个命令，作用和set命令的ex和nx选项一样。如下：
setex key seconds value
setnx key value

用例子说明set、setnx、set xx的区别：

##键hello不存在
172.17.236.250:6379> exists hello
(integer) 0
##set xx更新键hello的值返回nil
172.17.236.250:6379> set hello redis xx
(nil)
##为键hello设置值
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
##setnx为键hello设置值，因为键hello已存在所以设置失败返回0
172.17.236.250:6379> setnx hello redis
(integer) 0
##set xx为键hello更新值成功
172.17.236.250:6379> set hello jedis xx
OK
172.17.236.250:6379> get hello
"jedis"
  • 批量设置值
###mset key value \[key value ...\]
172.17.236.250:6379> mset a 1 b 2 c 3 d 4
OK

  在实际的应用场景中，由于Redis是单线程的，如果有多个客户端同时执行setnx key value，根据setnx的特性只有一个客户端能设置成功，setnx可以作为分布式锁的一个实现方案（Redis官方使用 setnx 实现分布式锁方案传送门）

获取值
  • 获取单个值，如果要获取的键不存在则返回nil
get key
  • 批量获取值（如果获取的键不存在则返回nil）
mget key \[key ... \]
172.17.236.250:6379> mget a b c d
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"

  批量操作命令可以提高开发效率，如果没有mget这样的命令，要执行n次get命令会按照下图方式执行，具体耗时如下：

n次get时间 = n次网络时间 + n次命令执行时间

在这里插入图片描述
  使用mget命令会按照下图方式执行，具体耗时如下：

n次get时间 = 1次网络时间 + n次命令时间

在这里插入图片描述
  Redis一次命令的执行时机包括网络时间和命令执行时间，Redis服务端的执行速度已经够快。网络可能会成为性能瓶颈。在实际开发场景中，每次批量操作发送的命令数不是无节制的，数量过多可能会造成Redis阻塞或网络堵塞。

计数
incr key

incr命令用于对值进行自增操作，返回情况有三种：

  • 值不是整数，返回错误；
  • 值是整数，返回自增后的结果；
  • 键不存在，按照值为0自增，返回结果为1。   示例如下：
### 键 a 不存在
172.17.236.250:6379> exists a
(integer) 0
### 对不存在的键 a 进行自增，返回结果为 1
172.17.236.250:6379> incr a
(integer) 1
### 再次对 a 进行自增操作，返回结果为 2
172.17.236.250:6379> incr a
(integer) 2
### 值不是整数，报错
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> incr hello
(error) ERR value is not an integer or out of range

  除了incr命令，Redis提供了decr自减、incrby自增指定数字、decrby自减指定数字、incrbyfloat自增浮点数。如下所示：

decr key
incrby key increment
decrby key increment
incrbyfloat key increment

172.17.236.250:6379> decr a
(integer) 1
172.17.236.250:6379> incrby a 5
(integer) 6
172.17.236.250:6379> decrby a 5
(integer) 1
172.17.236.250:6379> incrbyfloat a 4.9
"5.9"

字符串不常用操作命令

追加值
append key value

  append可以向字符串尾部追加值，如下所示：

172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> get hello
"world"
172.17.236.250:6379> append hello redis
(integer) 10
172.17.236.250:6379> get hello
"worldredis"
字符串长度
strlen key

  当前值为worldredis，所以返回长度为10（中文占用3个字节），如下：

172.17.236.250:6379> strlen hello
(integer) 10
设置并返回原值
getset key value

  getset和set会设置值，不同的是，它会返回这个键原来的值，如下：

172.17.236.250:6379> getset hello world
(nil)
172.17.236.250:6379> getset hello redis
"world"
设置指定位置的字符串
setrange key offeset value

  将"adcd"变成"ddcd"：

172.17.236.250:6379> set redis adcd
OK
172.17.236.250:6379> setrange redis 0 d
(integer) 4
172.17.236.250:6379> get redis
"ddcd"
获取部分字符串
getrange key start end

  start和end分别是开始和结束的偏移量，偏移量从0开始计算，如下：

172.17.236.250:6379> getrange redis 0 1
"dd"
字符串类型命令时间复杂度表

在这里插入图片描述

内部编码

字符串的内部编码有3种：

  • int：8个字节的长整型；
  • embstr：小于等于39个字节的字符串；
  • raw：大于39个字节的字符串。 Redis会根据当前值的类型和长度决定使用哪种内部编码实现。如下所示：
#### int 类型
172.17.236.250:6379> set key 81
OK
172.17.236.250:6379> object encoding key
"int"
#### embstr 类型
172.17.236.250:6379> set key hello,world
OK
172.17.236.250:6379> object encoding key
"embstr"
#### raw 类型
172.17.236.250:6379> set key qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuioplkjhgfdsaczvxbnm
OK
172.17.236.250:6379> object encoding key
"raw"

典型使用场景

缓存功能

  Redis作为缓存层，MySQL作为存储层，绝大部分请求的数据都是从Redis中获取。因为Redis有支撑高并发的特性，所以缓存能起到加速读写和降低后端压力的作用。如下图：

在这里插入图片描述
思路如下：

  • 定义获取用户基础信息函数
  • 首先从Redis获取用户信息
  • 若没有从Redis中获取到用户信息，需要从MySQL中进行获取，并且将结果写入Redis中，添加过期时间
  • 伪代码如下：
UserInfo getUserInfo(long id) {
    //定义键
    userRedisKey = "user:info:"+id;
    //从Redis获取值
    value = redis.get(userRedisKey);
    if(value!=null){
         //  将值进行反序列化为UserInfo并返回结果
        userInfo = deserialize(value);
        return userInfo;
    } else {
        // 从MySQL获取用户信息
        userInfo = mysql.get(id);
        // 将userInfo序列化，设置3600秒过期时间，存入Redis
        if (userInfo != null) {
            redis.setex(userRediskey,3600,serialize(userInfo));
        }
    }
}

  注意：Redis没有命令空间，也没有对键名有强制要求（除了不能使用一些特殊字符）。键名要设计合理，有利于防止键冲突项目的可维护性。推荐使用"业务名: 对象名:id:[属性]"作为键名。可以在能描述键的含义下适当减少键的长度，从而减少键过长而造成的内存浪费。

计数

  使用Redis作为计数的基础工具，他可以实现快速计数、查询缓存功能，同时数据可以异步落地到其他数据源。 伪代码如下：

long incrVideoCounter(long id) {
    key = "video:playCount:"+id;
    return redis.incr(key);
}

  在实际开发中，计数系统要考虑很多东西：防作弊、按照不同的维度计数，数据持久化到底层数据源等等。

共享session

  一个分布式Web服务将用户的session信息保存在各自的服务器上，但是出于负载均衡的考虑，分布式服务会将用户的访问均衡到不同的服务器上，这样就导致用户刷新一次访问可能就会发现需要重新登录。如下图：

在这里插入图片描述
  为了解决这个问题，开发人员可以使用Redis将用户的session进行集中的管理。在这种模式下只需要保证Redis是高可用和扩展性的，每次用户更新或者查询登录信息都可以直接从Redis种获取。如下图：
在这里插入图片描述

限速

  很多应用在每次进行登录时，会让用户输入手机验证码来确定是否是用户本人。为了让短信接口不被频繁访问，会限制用户在每分钟的获取验证码的频率，例如一分钟不能超过5次。如下图：

在这里插入图片描述
  伪代码如下：

phoneNum=""135xxxxxxxx;
key = "shortMsg:limit:"+phoneNum;
isExists = redis.set(key,1,"EX 60","NX");
if(isExists != null || redis.incr(key) <= 5) {
    //通过
} else {
    //限速
}

  例如某些网站不能在1秒之内访问超过n次也可以采用类似的思路。   除了以上几种应用场景，字符串还有很多的应用场景，这需要我们结合字符串提供的相应命令去决定怎样使用。

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