Redis详细入门及应用场景

Karma93
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为什么使用 Redis

  1. 解决 CPU 和内存压力
  2. 减少 IO 操作
  3. 关系型数据库扩展性不强，难以改变结构
  4. 使用 C 语言实现，优化过的数据结构，
  5. 单线程(处理客户端数据是单线程的)，无上下文切换的成本
  6. 基于非阻塞的 IO 多路复用机制
  7. 运行在内存中(因为索引机制不同，数据在内存中占用的空间比磁盘中少。)

Redis 6.0 后改用多线程：仍然还是单线程模型处理客户端请求，只是使用多线程来处理数据的读写和协议的解析。执行命令还是单线层。这样做的目的是因为 Redis 的瓶颈在于网络 IO 而非 CPU，使用多线程可以提高 IO 的效率，从而整体提高 Redis 的性能。

Redis 基础

redis 是一个高性能的 Key-Value 数据库

  • 没有关联关系，数据结构简单，拓展表比较容易。
  • Redis 支持 RDB 和 AOF 两种数据持久化方式将数据保存在磁盘中。
  • Redis 不仅仅支持简单的 key-value 类型的数据，同时还提供 list\set\zset\hash 等数据结构。在 key 还存储了 value 类型和 encoding(使用 object encoding 查看)
  • redis 默认有 16 个库(索引 0-15)。
  • 使用 redis 做数据库和用作缓存是两码事。
  • redis 是二进制安全的(按照字节流存储非字符流)。

Redis 的数据类型及使用场景

  1. String

    常用命令：set\get\setrange\getrange\strlen
String 的类型是二进制安全的，可以包含任何类型的数据，最高 512MB。Redis 使用 SDS("简单动态字符串")来存储字符串，根据不同的字符串长度使用不同的结构体来存储，尽可能从底层优化。 String 类型有不同的编码(encoding,使用 object encoding 查看)，编码不影响数据存储。不同的类型会封装一些基本的操作(例如数值类型的增减表，二进制位运算等，计算向数据靠近)。 string 类型的编码有：int、embstr、raw。

    数值编码(int)：

常用命令：incr\incrby\decr\decrby
使用场景：

  • 抢购、秒杀、详情页异步查询数据(比如已购买的商品数、甚至点赞、评论数等)，可以避免并发下对数据库的事务操作。由 redis 的内存操作代替。
  • incrby 使用该命令生成全局ID，该命令有原子性。
  • 限流，以访问者的IP(或其他信息)作为key，访问一次增加一次。

    还有位图类型(Bitmaps,不是编码)

但他不是实际的数据类型，而是在字符串上定义的一组面向未的操作，位可以设置 2^32 个不同的位(即 42.9 亿个,512MB)

使用场景：(即对二进制的优点的各种运用)位统计

  • 有用户系统，统计用户登录天数且窗口随机：用最多 50 个字节(400 个二进制)可以记录用户一年的登录天数，使用 bitcount 随机访问。
  • 活跃用户统计，随机窗口 使用二进制下表(第几位)为用户 id 记录当天所有用户的登录状态。每天都创建一个新的二进制记录当天所有用户的登录记录，随机窗口活跃用户对窗口内的登录状态进行或运算(去重)即可得到活跃用户。
  1. hash

    hash 是一个键值对的集合，使用链地址法来解决冲突。hash 的 value 类型也支持数值类型计算(可以实现一些点赞、收藏类的场景)。

    命令(命令常为 H 开头)： HMSET 、HGET。

  1. list

    Redis 列表是简单的字符串列表，时双向无环链表结构，按照插入顺序，可以添加一个元素到列表的头部或尾部。list 的 key 包含头尾指针(head/tail)，可用用来实现栈(同向命令)和队列(反向命令)；也可实现简单的阻塞单播队列(b 开头的阻塞方法等待数据，如 blpop)。

常见命令：lush、lrange
使用场景

  • 消息队列
    List提供了两个阻塞的弹出操作：blpop/brpop 可以设置超时时间
    blpop：blpop key1 timeout 移除并获取列表的第一个元素，如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。
    brpop：brpop key1 timeout 移除并获取列表的最后一个元素，如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。
  • 商品标签
    使用商品作为key，向里面添加多个标签
  1. set

    set 是 string 类型的集合，是无序、去重的；集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O(1)。

常见命令：sadd，smembers，

    随机事件命令：SRANDMEMBER key count；当 count 为正数，取出一个去重的结果集(可能子集，可能不够 count 数)，当 count 为负整数：取出一个带重复的结果，一定满足要求的数量。应用场景：抽奖：当有 10 个奖品，用户<10>10。中奖是否重复。在 set 中存放抽奖的人。当人小于礼物数时，count 参数为负。如果使用取出不放回的抽奖方式（例如公司年会），使用 spop，随机取出。

  1. sorted set(zset)
  • String 类型元素的有序集合，且不允许出现重复的成员；有元素(member)、分值(score)、索引三种成员。
  • 与 set 不同的是每个元素都会关联一个 double 类型的分数(score)。redis 正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。
  • zset 的成员是唯一的，但分数可以重复。
  • 还支持集合操作，交集、并集。涉及到分值，集合操作很复杂。
  • key 当中维护着第一个指针。
  • 物理内存中左小右大排序，且不随命令发生变化。
  • 使用 skip list(跳跃表)。

    常用命令：

  • ZCOUNT key min max 根据分值区间进行统计
  • ZINCRBY key increment member 支持数值计算，增加某个元素的分值
  • ZRANGEBYSCORE Key max
  • ZRANK 查看排名
  • ZSCORE 取出 Score

管道

    多个命令一次性怼给一个链接，执行有序，批量返回执行结果。它不具备原子性，其中某一条失败不会影响其他命令执行。 管道，将多条命令打包，只需要一次网络开销(优化高并发下)，减少客户端和服务端的调用，节约时间。但在redis2.6后，脚本的部分应用场景优于管道。

Lua 脚本

  • Lua脚本具备了pipline的功能，并支持事务，在管道的基础上增加了原子操作。
  • 可以替代redis事务功能，redis本身事务可用性不高，可以lua脚本保证事务。
  • EVAL命令如： EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]
    如：eval "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2 key1 key2 first second。
  • 在Lua脚本中可以使用redis.call()函数执行命令。 不要在Lua脚本里执行循环或者耗时的运算，会造成阻塞。

发布/订阅(Pub/Sub)

语法:

  • PUBLISH channel message 发送，有监听之后发送方才能收到。
  • SUBSCRIBE channel [channel] 监听，只能看到监听建立之后的信息。

使用场景：

快速地发布消息让所有人实时看到，例如直播时的弹幕。
站在客户端的角度数据分为历史性的和实时性的(一般全量数据是存在数据库里的，使用redis作为缓存，多数缓存是解决数据读的请求)

Redis事务

Redis的事务没有MySql那么完整
常用命令： - MULTI 开启事务 - EXEC 停止事务 - DISCARD 取消命令 - WATCH 实现了乐观锁CAS(check-and-set) Redis会在收到exec命令后一次性执行MTLTI和EXEC之间的命令，即未收到EXEC命令之前，不会执行MULTI后的命令。

Redis Key有效期

使用命令expire key seconds设置过期时间(重复执行刷新过期时间)；使用persist命令清除超时，变为永久key。
key有效期的设置有业务逻辑来推动(即淘汰冷数据，内存有限) 基础：使用ttl命令查看key的有效期；过期时间不会随着访问等操作而延长；发生写入操作时回剔除过期时间；倒计时，且redis不能延长；定时。

过期策略(过期不会立马被删除):

  • 被动方式，惰性删除，访问时判定，若过期则删除并返回null。
  • 主动方式，定期删除，周期轮循判定：牺牲了内存但保证了redis性能为王的设计目的。

将Redis当做使用LRU算法的缓存来使用

Redis的持久化

一般数据库存储层持久化包括两种:1.快照/副本 2.日志
Redis有两种持久化方式:

  • RDB(数据快照) 时点性：

    数据写入磁盘需要时间，写入的数据并非是redis某一精确时间点的数据。并不是一个完整的时点数据。
    有两种命令持久化：

    • save 阻塞Redis服务器进程备份，指导RDB文件创建完毕，在此期间，Redis服务无法助力Client的请求。
    • bgsave bgsave会创建一个子线程(fork线程)，异步创建RDB文件。
      RDB的弊端：
    • 不支持拉链:永远只有一个dump.rdb文件 需要人为去干预复制出来
    • 丢失数据相对多，时点与时点之间的的数据容易丢失。(例如备份文件持续了5分钟，这期间内的操作数据会丢失)
      类似于Java中的序列化，恢复的速度相对快。如果只是使用Redis作为缓存，可以使用RDB，速度快，丢失一些数据也无所谓。
  • AOF(Append only file,只会向文件中追加)
    AOF是指将Redis的操作记录以日志的方式存储到文件中，在配置文件中使用appendonly yes 打开

    • 丢失数据很少

    • 弊端：体量无限巨大

    • 源点：redis是内存数据库

      写操作就会触发IO，会变慢。 有三个级别：NO\AWAYS\EverySec。配置文件使用appendfsync 参数选项，默认为everysec。

      redis中RDB和AOF可以同时打开。

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