本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路。
一、概述
1. 简介
Redis是一种以key-value形式存储的跨平台非关系型数据库。键包含字符串（string）、哈希（hash）、链表（list）、集合（set）、有序集合（zset） ，提供了丰富的操作。redis可以周期性地将数据写入磁盘或者将某些操作指令写入文件中。
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2. 优点
- 速度快，能够高并发读写数据（直接操作内存）
- 能够对海量数据进行高效率存储和访问
- 在redis 6之前，只支持单线程操作，每个操作都是原子操作，没有并发相关问题；在redis 6之后，支持多线程操作，但本质上只是多了排队的队伍，内部处理依然是逐个处理。
3. 缺点
- 由于redis是纯使用内存，存储成本非常高，所以不能将redis当做海量数据库使用
- 主从数据在复制过程中，若主机数据未完全复制到从机，而主机宕机，则会造成数据丢失问题
4. 作用
- 处理高并发读写数据或者读写海量数据的问题
- 会话缓存（常用）
- 消息队列（支付）
- 排行榜或者计数（阅读数统计）
- 消息发布、通知
redis的定位是缓存，提高数据读写速度，减轻对数据库存储与访问的压力
Redis默认端口是: 6379
二、数据类型命令
1. String
# 存入键值对
set key value
# 根据键，获取值
get key
# 将数值类型的值递增1
incr key
# 将数值类型的值递减1
decr key
# 根据键，删除键值对
del key
# 存入键值对，并设置失效时间（timeout，单位秒）
setex key timeout value
# 查询指定key的存活时间
ttl key
# 存入键值对，若已存在key，则不操作；否则直接添加（不能用于修改value值）
setnx key value
# 偏移值，即某个值递增多少，可以为负值
incrby key num
# 批量存入键值对
mset k1 v1 k2 v2 ...
# 批量取出键值
mget k1 k2 ...
# 原值后拼接新内容，value为需要拼接的内容（返回拼接后字符串长度）
append key value
# 修改键对应的值，index为开始修改位置，修改长度为value的长度（返回修改后字符串长度）
setrange key index value
应用场景：
-
计数器：redis能够实现快速计数、查询缓存的功能，并且数据能够异步落地到其他数据库。
视频播放数系统：使用redis作为视频播放数计数的基础组件
-
共享session：出于负载均衡的考虑，分布式系统中会将用户的访问信息均衡到不同的服务器上，但这样很可能造成用户刷新一下页面就需要重新登录，为了避免这个问题可以使用redis将用户session进行集中管理，在这种情况，我们只需要保证redis的高可用性和高拓展性，每次需要用户信息就可以从redis中直接获取。
2. Hash
特别适合存储对象
# 存入一个hash对象（添加返回1，修改返回0）
hset key hashkey hashvalue
# 根据hash对象键获取值
hget key hashkey
# 判断hash对象是含有某个键（存在返回1，不存在返回0）
hexists key hashkey
# 根据hashkey删除hash对象键值对（成功返回1，失败返回0）
hdel key hashkey
# 递增值 -> 递增hashkey对应的值
hincrby key hashkey increment
# 获取hash对象键的数量
hlen key
# 获取hash对象的所有键
hkeys key
# 获取hash对象的所有值
hvals key
# 获取hash对象的所有数据
hgetall key
# 同样有hsetnx,其作用跟用法和setnx一样
哈希结构相对字符串序列化信息更加直观，更新操作更加便捷，常用于用户信息等管理
但哈希结构是稀疏的，关系型数据库则是完全结构化的，若让redis去模拟关系型数据库进行复杂查询，不仅开发困难，维护成本也高
3. List
类似于Java中的双向队列
# 往列表左边添加数据（返回值为链表长度）
lpush key value
# 往列表右边添加数据（返回值为链表长度）
rpush key value
# 弹出列表最左边的数据（返回值为弹出的元素）
lpop key
# 弹出列表最右边的数据（返回值为弹出的元素）
rpop key
# 显示列表指定范围数据，若全显示则设置0 -1
lrange key start end
# 获取列表长度
llen key
# 参考值之前/后插入数据
linsert key before/after refVal newVal
# 根据索引修改数据
lset key index value
# 在列表中按照个数删除数据
lrem key count value
# 范围截取列表
ltrim key start end
# 根据索引取列表中数据
lindex key index
应用场景
- 用户收藏文章列表：xxxx_user_articles:uid [aid1, aid2, aid3.....]
4. Set
Set是一种无序集合，通过hashtable实现，能够获取交集、并集、差集
# 往set集合中添加元素（成功返回1，失败返回0）
sadd key value
# 列出set集合中的元素
smembers key
# 删除set集合中的元素（成功返回1，失败返回0）
srem key value
# 随机弹出集合中的元素（返回被弹出的元素）
spop key count
# 返回key1中特有元素(差集)
sdiff key1 key2
# 返回两个set集合的交集
sinter key1 key2
# 返回两个set集合的并集
sunion key1 key2
# 返回set集合中元素个数
scard key
sdiffstore var key1 key2 -> 返回key1中特有元素存入另一个set集合
sinterstore var key1 key2 -> 返回两个set集合的交集存入另一个set集合
sunionstore var key1 key2 -> 返回两个set集合的并集存入另一个set集合
smove key1 key2 value -> 把key1中的某元素移入key2中
sismember key value -> 判断集合是否包含某个值
srandmember key count -> 随机获取set集合中元素
应用场景：
-
去重
-
抽奖
- 准备一个抽奖池：sadd luckydraw 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
- 抽3个三等奖：spop luckydraw 3
- 抽2个二等奖：spop luckydraw 2
- 抽1个二等奖：spop luckydraw 1
5. Sorted_set
# 存入分数和名称
zadd key score column
# 偏移名称对应的分数
zincrby key score column
# 按照分数升序输出名称
zrange key start end
# 按照分数降序输出名称
zrevrange key start end
# 升序返回排名
zrank key name
# 降序返回排名
zrevrank key name
# 返回元素个数
zcard key
zrangebyscore key min max [withscores] -> 按照分数范围升序输出名称
zrevrangebyscore key max min [withscores] -> 按照分数范围降序输出名称
zrem key name -> 删除名称和分数
zremrangebyscore key min max [withscores] -> 根据分数范围删除元素
zremrangebyrank key start end -> 根据排名删除元素
zcount key min max -> 按照分数范围统计个数
应用场景：
- 排行榜：有序集合经典使用场景。例如视频网站需要对用户上传的视频做排行榜，榜单维护可能是多方面：按照时间、按照播放量、按照获得的赞数等。
6. 总结
Redis数据类型选用问题【偏redis原生数据结构】：
- 如果需要排序，则选用Sorted_set
- 如果数据是多个并且允许重复，则选用List
- 如果数据是多个并且不允许重复，则选用Set
- 其它选用String，对象类型也可以使用hash
hash ---> json格式
{
key1:value1
key2:value2 ------> "{key1:value1, key2:value2}"
}
JSON.toJsonString(map)
Redis数据类型选用问题【偏redis String类型json结构】：
- 如果要排序选用zset
- 剩下的使用string
在Java中操作中，若使用list、set或其它类型，则操作redis时需要明确指定泛型，会很麻烦，因此，有些公司就统一规范，统一使用字符串，从而减少泛型操作
key和value的设计：
-
key
- 唯一性
- 可读性：key加上前缀，保证见名知意
- 灵活性
- 时效性：需要考虑存入redis中数据的有效时间
-
value：由需求决定
三、Redis进阶
1. Redis高级指令
# 返回所有键（可以模糊查询）（keys articleView:*）
keys *
# 是否存在指定的key（存在返回1，不存在返回0）
exists key
# 设置某个key的过期时间，使用ttl查看剩余时间**
expire key
# 取消过期时间（成功返回1，失败返回0）
persist key
# 清空当前数据库
flushdb
# 清空所有数据库
flushall
# 查看数据库的key数量
dbsize
# 选择数据库 数据库为0到15(一共16个数据库) 默认进入的是0数据库
select index
# 将当前数据中的key转移到其他数据库中，db为数据库下标
move key db
# 随机返回数据库里的一个key
randomkey
# 重命名key
key key newkey
# 打印
echo message
# 获取数据库信息
info
# 用来读取redis服务器的配置文件参数
config get *
2. Redis安全性
由于redis的速度非常快，所以在一台较好的服务器下，用户可以在一秒内进行15万次破解密码的尝试，这就意味着我们需要设置强大的密码来防止暴力破解。
Redis修改密码的步骤：
- 在Redis的安装目录下找到配置文件redis.windows.conf，将里面
requirepass [密码]的注释去掉并设置密码 - 重启服务器
pkill redis-server - 重新进入Redis，输入
key *命令，报错：(error)NOAUTH Authentication required.表示密码生效 - 通过输入
auth [密码]进入或运行窗口输入redis-cli -a [密码]进入
3. Redis事务
使用事务的步骤：
- 通过
multi命令打开事务 - 进行相关设置（设置的数据存放在队列中）
- 通过
exec命令执行，数据将会依次存储到redis中 - 通过
discard命令取消事务
Redis 事务可以一次执行多个命令，并且带有以下三个重要的保证:
- 批量操作在发送 EXEC 命令前被放入队列缓存。
- 收到 EXEC 命令后进入事务执行，事务中任意命令执行失败，其余的命令依然被执行。
- 在事务执行过程，其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。
一个事务从开始到执行会经历以下三个阶段：
- 开始事务。
- 命令入队。
- 执行事务。
面试题：Redis是否支持事务？
可以说支持，也可以说是不支持。因为在redis中启动事务到执行，其实是将指令打包之后进行批量操作，虽然每一个指令都具有原子性，但打包后的指令包并不是原子性的，其中的任意一条指令发生错误都无法进行回滚，所以redis中的事务并不是真正意义上的事务。
4. Redis持久化机制
Redis是一个支持持久化的数据库，即Redis需要将内存中的数据同步到硬盘来保证持久化，因此，Redis数据存放在两个地方：内存和硬盘。第一次启动会从硬盘中读取数据到内存，之后的操作都是在内存中进行的，不过，根据采用的持久化方式，每隔一段时间，就会将内存中的数据存到硬盘中。
Redis持久化的方式有两种：
- RDB方式（默认使用）
- AOF方式
面试题：你们项目中使用Redis，那么持久化配置是怎么配置的？
Redis的持久化配置并不是固定的，需要根据实际情况进行变动，比如数据量、数据的重要性以及增长频率（短时间数据的变化）。如果这几个因素都差不多或者说无所谓，那么可以直接使用默认配置。
5. Redis内存淘汰机制及过期Key处理
Redis中的内存如果满了，再来新的请求的话，应该如何处理？
Redis中存在着内存淘汰机制，这种内存淘汰机制是指内存使用达到上限，为了保证其他请求能够正常处理，需要根据一定的算法来淘汰掉某些数据。这个内存使用上限可以通过maxmemory进行配置，0为不限制。
常见的内存淘汰机制分为四大类：
- LRU（最近最少使用算法）：从数据库中删除掉长期不被使用的数据。该算法认为，对于长期不用的数据，再次被访问的概率就很小了。淘汰的数据为最长时间没有被使用，仅与时间相关。
- LFU（最不经常使用算法）：简单理解，就是淘汰掉最近一段时间内，使用次数最少的数据，仅与频次和时间相关。
- TTL：在Redis中，有些数据能够设置失效时间，对于即将过期的数据，该算法就会认为，既然你快要过期了，那我就提前处理掉，反正也不太可能会再被使用到。
- 随机淘汰：随机淘汰某些数据（基本不会使用该方式）
对某些数据设置失效时间，当被访问时，失效时间重置，否则，失效时间一到，立即清除？
通过maxmemroy-policy可以配置具体的淘汰机制：
| 命令 | 说明 |
|---|---|
| volatile-lru/allkeys-lru | 找出已经设置过期时间的数据集/全体数据，将最近最少使用（被访问到）的数据干掉 |
| volatile-ttl/ | 找出已经设置过期时间的数据集，将即将过期的数据干掉 |
| volatile-random/allkeys-random | 找出已经设置过期时间的数据集/全体数据，进行无差别攻击，随机干掉数据 |
| volatile-lfu/allkeys-lfu | 找出已经设置过期时间的数据集/全体数据，将一段时间内，使用次数最少的数据干掉 |
| no-enviction | 只报错显示内存不足，不做任何处理，好处是保证数据不丢失（系统默认） |
6.Redis过期Key清除策略
-
惰性删除：当访问key时，才去判断该key是否过期，如果过期了，那就直接干掉。
- 优点：对CPU友好，但key可能一直存在内存中，会造成内存浪费
-
定时删除：设置key的过期时间的同时，创建一个定时器，但到达过期时间点，则立即删除该key。（最不友好）
-
定期删除：每隔一段时间，就对数据进行一次检查，并删除里面过期的key，至于检查的数量以及删除的数量，则由算法决定。
- 举个例子：假设Redis每秒随机取100个数据进行过期检查，并删除检查数据中的所有已经过期的key，如果过期key的数量占比大于总数的25%，即大于25个，则重复以上步骤进行检查。
一般情况下，Redis服务器实际使用的是惰性删除和定期删除两种策略，通过两种策略的互相配合，可以在合理使用CPU和避免内存浪费之间取得平衡。
