「Redis」- Redis入门

你算哪块小蛋糕
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简介

Redis是一个使用 C语言编写的开源的、支持网络的、基于内存的、可选持久化的高性能键值对数据库，读写速度非常的快，也正因为它运行在内存中，其存储量有限而且分布式集群成本非常的高

西西里岛的意大利人 Salvatore Sanfilippo（Github：antirez）在07年和朋友创建了网站 LLOOGG.com，很快对 Mysql 的性能感到失望，于是在09年开发了Redis数据库

↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓照片有劳动改造的感觉 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓

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优秀的开源项目离不开大公司的支持，在2013年5月之前，其开发由VMware赞助，而2013年5月至2015年6月期间，其开发由毕威拓赞助，从2015年6月开始，Redis的开发由Redis Labs赞助

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Redis 支持的数据结构

Redis支持的常用5种数据类型指的是value类型，分别为：字符串String、列表List、哈希Hash、集合Set、有序集合ZSet，但是Redis后续又丰富了几种数据类型分别是Bitmaps、HyperLogLogs、GEO

由于Redis是基于标准C写的，只有最基础的数据类型，因此Redis为了满足对外使用的5种数据类型，开发了属于自己独有的一套基础数据结构，使用这些数据结构来实现5种数据类型。

Redis底层的数据结构包括：简单动态数组SDS、链表、字典、跳跃链表、整数集合、压缩列表、对象

下图可以看到对外数据结构对应的底层数据结构实现

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下图表述了 Redis 支持的五种数据类型，对于Redis 来说，所有的 Key 都是字符串

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常见数据结构与应用场景

Redis 常见应用场景：缓存（数据查询、短连接、新闻内容、商品内容等等）。（最多使用） 分布式集群架构中的session分离。 聊天室的在线好友列表。 任务队列。（秒杀、抢购、12306等等） 应用排行榜。 网站访问统计。 数据过期处理（可以精确到毫秒）

String

String 数据结构是简单的 key-value 类型。虽然 Redis 是用 C 语言写的，但是 Redis 并没有使用 C 的字符串表示，而是自己构建了一种 简单动态字符串（simple dynamic string，SDS）。相比于 C 的原生字符串，Redis 的 SDS 不光可以保存文本数据还可以保存二进制数据，并且获取字符串长度复杂度为 O(1)（C 字符串为 O(N)）,除此之外,Redis 的 SDS API 是安全的，不会造成缓冲区溢出

应用场景： 一般常用在需要计数的场景，比如用户的访问次数、热点文章的点赞转发数量等等

常用命令:

  • set key value：设置 key-value 类型的值
  • del key：删除对应的key
  • get key：根据 key 获取 value，如果不存在会返回 null
  • strlen key：返回 key 对应的 value 字符串的长度
  • exists key：判断某个 key 是否存在
  • incr key：自增 value，第一次执行 value 为 1，每执行一次 value + 1
  • decr key：自减，与 incr 作用相反，0的时候执行会变成负数
  • setex key seconds value：设置一个有过期时间的 key-value 类型的值，如 setex key 60 value，该键值对将在60s后过期
  • expire key seconds：设置已存在的键值对的过期时间
  • mset key1 value1 key2 value2/ mget key1 key2： 批量设置 / 获取 key-value 类型的值

List

List 即是 链表。链表是一种非常常见的数据结构，特点是易于数据元素的插入和删除并且且可以灵活调整链表长度，但是链表的随机访问困难。许多高级编程语言都内置了链表的实现比如 Java 中的 LinkedList，但是 C 语言并没有实现链表，所以 Redis 实现了自己的链表数据结构。Redis 的 list 的实现为一个 双向链表，即可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了部分额外的内存开销

Redis列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）

一个列表最多可以包含 232 - 1 个元素 (4294967295, 每个列表超过40亿个元素)。

应用场景： 发布与订阅或者说消息队列、慢查询，可以用来当做简单的消息队列实现不过肯定比不过专业的中间件

常用命令:

  • lpush / rpush key value1 value2：向 list 头部（最左边）/ list 尾部（最右边）添加元素
  • lpop / rpop key：取出 list 头部（最左边）/ list 尾部（最右边）的值
  • lrange key start end：查看列表中对应下标 start end 的值，end 为 -1 就是倒数第一
  • llen key：查看链表长度

Hash

hash 类似于 JDK1.8 前的 HashMap，内部实现也差不多(数组 + 链表)。不过，Redis 的 hash 做了更多优化。另外，hash 是一个 string 类型的 field和 value 的映射表，特别适合用于存储对象，后续操作的时候，你可以直接仅仅修改这个对象中的某个字段的值，比如我们可以 hash 数据结构来存储用户信息，商品信息等等

应用场景: 系统中对象数据的存储

常用命令：

  • hset object key value：设置一个名为 object 对象，并赋值一个属性，key是属性名，value 是属性值
  • hexists object key：查看对象中的属性是否存在
  • hget object key：获取对象的指定属性的属性值
  • hgetall object：获取对象的所有属性和属性值
  • hkeys object：查询对象有多少个属性
  • hvals object：查询对象有多少个属性值

Set

Set 类似于 Java 中的 HashSet 。Redis 中的 set 类型是一种无序集合，集合中的元素没有先后顺序。当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set 是一个很好的选择，并且 set 提供了判断某个成员是否在一个 set 集合内的重要接口，这个也是 list 所不能提供的

**应用场景：**可以基于 set 轻易实现交集、并集、差集的操作。比如：你可以将一个用户所有的关注人存在一个集合中，将其所有粉丝存在一个集合。Redis 可以非常方便的实现如共同关注、共同粉丝、共同喜好等功能。这个过程也就是求交集的过程

常用命令：

  • sadd myset value1 value2 value3：向名为 myset 的集合中添加三个值，如果值已存在，会添加失败，返回0
  • smembers myset：查看 myset 中有多少值
  • sismembers myset value1：检查 value1 是否存在于 myset 中
  • scard myset：产看 myset 的长度
  • sinterstore myset3 myset1 myset2： 将 myset1 和 myset2 的交集取出，存放到 myset3 中

ZSet

和 set 相比，zset 增加了一个权重参数 score，使得集合中的元素能够按 score 进行有序排列，还可以通过 score 的范围来获取元素的列表。有点像是 Java 中 HashMap 和 TreeSet 的结合体。

**应用场景：**需要对数据根据某个权重进行排序的场景。比如在直播系统中，实时排行信息包含直播间在线用户列表，各种礼物排行榜，弹幕消息（可以理解为按消息维度的消息排行榜）等信息

常用命令：

  • zadd myzset 3.0 value：添加元素到 myzset 中，权重设置为 3.0，值为 value，也可以添加多个不同权重的值
  • zcard myzset：查看 myzset 中有多少元素
  • zscore myzset value： 查看 value 在 myzset 中的权重
  • zrange myzset 0 -1：遍历 myzset 中的元素，从 0 到第 N 位，-1 代表遍历所有
  • zrevrange myzset 0 -1：逆序输出，从 0 到第 N 位，-1 代表遍历所有

BitMap

bitmap 存储的是连续的二进制数字（0 和 1），通过 bitmap, 只需要一个 bit 位来表示某个元素对应的值或者状态，key 就是对应元素本身 。我们知道 8 个 bit 可以组成一个 byte，所以 bitmap 本身会极大的节省储存空间

**应用场景：**适合需要保存状态信息（比如是否签到、是否登录...）并需要进一步对这些信息进行分析的场景。比如用户签到情况、活跃用户情况、用户行为统计（比如是否点赞过某个视频）

常用命令：

  • setbit mykey 7 1：对 mykey 所存储的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位（bit），是将字符串 mykey 位图上第七位设为 1

    1. 返回值为该位在setbit之前的值
    2. value只能取0或1
    3. offset从0开始，即使原位图只能10位，offset可以取1000

  • getbit mykey 7：获取 mykey 指定偏移量上的位

  • bitcount mykey：统计被设置为 1 的位的数量

  • bitop operation dest key1 key2 key3：做多个 bitmap 的 and | or | not | xor 的操作结果并保存到 dest 中


缓存过期机制

由于 Redis 是运行在内存中的，内存资源是有限的，如果每条缓存都不设置过期时间，容易导致内存被冲烂

Redis 可以给缓存设置过期时间，例：

> set name 狗蛋
OK
> expire name 60  #狗蛋将在60S后过期，只对存在的key生效
1
> setex name 狗蛋 60 # 创建一个过期时间为 60S 的狗蛋
OK
> ttl name #查看狗蛋还能活多久
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如何判断数据是否过期

Redis 通过一个叫做过期字典（可以看作是 hash 表）来保存数据过期的时间。过期字典的键指向 Redis 数据库中的某个 key(键)，过期字典的值是一个 long 类型的整数，这个整数保存了 key 所指向的数据库键的过期时间（毫秒精度的 UNIX 时间戳）

redis过期字典

过期数据的删除策略

常用的过期数据删除策略有两个，Redis 采用了 惰性删除 + 定期删除

  1. 惰性删除：在取出 Key 的时候对 Key 进行检查，确认 Key 是否过期
  2. 定期删除：每隔一段时间抽取一批 Key 执行删除过期 Key 的操作

内存淘汰策略

光是删除过期数据不一定能阻止内存溢出，因为数据还在不停的增加，这个时候就要引入内存淘汰机制了

Redis 提供 8 种数据淘汰策略：

  1. noeviction：默认策略，当内存达到设置的最大值时，所有申请内存的操作都会报错，只读操作正常执行
  2. volatile-lru：设置了过期时间的key使用LRU算法淘汰
  3. allkeys-lru：所有key使用LRU算法淘汰
  4. volatile-lfu：设置了过期时间的key使用LFU算法淘汰
  5. allkeys-lfu：所有key使用LFU算法淘汰
  6. volatile-random：设置了过期时间的key使用随机淘汰
  7. allkeys-random：所有key使用随机淘汰
  8. volatile-ttl：设置了过期时间的key根据过期时间淘汰，越早过期越早淘汰

LRU算法：挑选出最近最少使用的 key

LFU算法：挑选出最不经常使用的 key

对于 Root 用户来说，可以使用以下命令来更改 Redis 的内存淘汰策略：

> config set maxmemory-policy allkeys-random
OK
> config get maxmemory-policy
maxmemory-policy
allkeys-random

参考

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