Go语言中的Redis应用—基础

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笔者环境

macos 10.15.7
Redis 7.0.11
Golang 1.18
GoLand 2022.01

读完本文可以获得

什么是Redis&为什么要使用redis
Redis的特性&应用场景
Redis的数据结构&基本操作
使用go-redis执行 Redis 命令

一、什么是Redis

1.1 简介

Redis是一款高性能的开源内存数据库，拥有快速的数据读写能力和丰富的数据结构，弥补了传统数据库在处理缓存、实时计算和高并发需求上的不足，为系统提供了高效的数据存储与访问方案。

1.2 为什么需要Redis

当应用需要快速读写、访问热数据（经常被访问的数据）时，Redis相较于传统的关系型数据库如MySQL会有超高的效率。

Screen Shot 2023-08-20 at 4.31.20 PM.png

Redis和MySQL在处理热点数据时的读写性能：

对比项	Redis	MySQL
读写性能	10万+ QPS,延迟毫秒级	几千QPS
随机读写	O(1)复杂度	需要磁盘IO
内存缓存	支持	需要额外缓存
并发量	10万+连接	更低
数据结构	丰富	相对单一
可扩展性	易于扩展	扩展更复杂

从上表可以更直观地看出，Redis在读写性能、并发量、可扩展性等方面都明显优于MySQL。特别是在处理热点数据读写时，Redis的性能可以达到MySQL的几十至几百倍，所以Redis非常适合用于缓存热点数据，以减轻数据库压力。

1.3 应用场景

应用场景	需求与特点
缓存	需要快速读写和访问热点数据，减轻数据库压力
排行榜	需要快速的增删改操作和有序数据结构
消息队列	需要发布订阅、阻塞队列等功能
计数器	需要高并发地增减数值
分布式锁	需要基于Redis原子操作实现锁
会话缓存	需要快速存取用户会话信息
实时数据	需要快速发布和订阅数据

缓存和消息队列，已经成为Redis的两大核心应用场景。

1.4 安装

Windows操作系统环境，安装指引链接
Linux操作系统环境，安装指引链接
MacOS操作系环境，安装指引链接

二、基本操作

2.1 数据类型

数据类型	常用操作
字符串	SET, GET, INCR, DECR 等
列表	LPUSH, RPUSH, LPOP, RPOP等
集合	SADD, SREM, SMEMBERS等
有序集合	ZADD, ZRANGE, ZREM等
哈希	HSET, HGET, HGETALL等

下列示例基于redis-cli操作

在terminal中执行：redis-server [redis.conf配置文件路径]，启动redis服务端。
新建一个terminal并执行：redis-cli，进入redis客户端。

2.2字符串(String)

Redis 字符串命令用于管理 Redis 中的字符串值。

语法

SET key value：设置指定 key 的值。
GET key：获取指定 key 的值。

127.0.0.1:6379> SET key "value"
OK
127.0.0.1:6379> GET key
"value"

2.3 INCR(数值)

Redis INCR 命令将 key 中储存的数字值➕1。

如果 key 不存在，那么 key 的值会先被初始化为 0 ，然后再执行 INCR 操作。
本操作的值限制在 64 位(bit)有符号数字表示之内。

Note: 本质上这是一个字符串操作，因为Redis没有专门的整数类型。存储在 key 中的字符串被转换为十进制有符号整数，在此基础上加1。

语法

INCR key ：将value+1
INCRBY key val：将value +val

127.0.0.1:6379> SET num 1970
OK
127.0.0.1:6379> INCR num
(integer) 1971
127.0.0.1:6379> GET num
"1971"
127.0.0.1:6379> INCRBY num -100
(integer) 1871
127.0.0.1:6379> INCRBY num 101
(integer) 1972
127.0.0.1:6379> GET num
"1972"

用途

抢购、秒杀、详情页、点赞、评论
规避并发下，对数据库事物的操作

2.4 列表(List)

Redis 列表是按插入顺序排序的字符串列表。

可以在列表的头部（左边）或尾部（右边）添加元素。
列表可以包含超过 40 亿个元素 ( 2^32 - 1 )。

语法

LPUSH key value：将一个或多个值插入到列表头部。
RPUSH key value：将一个或多个值插入到列表尾部。
LPOP key：移除并获取列表第一个元素。
RPOP key：移除并获取列表最后一个元素。
LRANGE key START END：获取列表指定范围内的元素。

127.0.0.1:6379>  LPUSH lists a 123 4
(integer) 3
127.0.0.1:6379> RPUSH lists hello world
(integer) 5
127.0.0.1:6379> LRANGE lists 0 -1
1) "4"
2) "123"
3) "a"
4) "hello"
5) "world"
127.0.0.1:6379> LPOP lists
"4"
127.0.0.1:6379> RPOP lists
"world"
127.0.0.1:6379>  LRANGE lists 0 -1
1) "123"
2) "a"
3) "hello"
127.0.0.1:6379>

2.5 集合(Set)

Redis 的 Set 是 string 类型的无序集合。

集合成员是唯一的，这就意味着集合中没有重复的数据。
在 Redis 中，添加、删除和查找的时间复杂都是 O(1)（不管 Set 中包含多少元素）。
集合中最大的成员数为 2^32 – 1 (4294967295), 每个集合可存储 40 多亿个成员。

语法

SADD key member：向集合添加一个或多个成员。
SMEMBERS key：返回集合中的所有成员。
SISMEMBER key member：判断 member 元素是否是集合 key 的成员。
SRANDMEMBER key count：随机返回集合key中count个随机元素。
count>0：返回含有 count 个不同的元素的数组。
count<0：返回一个包含count的绝对值的个数元素的数组，会出现一个元素出现多次的情况。

127.0.0.1:6379> SADD sets ppt word excel
(integer) 3
127.0.0.1:6379> SMEMBERS sets
1) "word"
2) "excel"
3) "ppt"
127.0.0.1:6379> SISMEMBER sets ppt
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SRANDMEMBER sets 2
1) "word"
2) "ppt"

2.6 有序集合(Sorted Set)

Redis Sorted Set 内部的每个元素都会关联一个 double 类型的分数，并按分数进行有序排列

Redis 有序集合和集合一样也是 string 类型元素的集合，且不允许重复的成员，
有序集合的成员是唯一的，但分数 ( score ) 却可以重复。

语法

ZADD key socre member：向有序集合添加一个或多个成员，或者更新已存在成员的分数
ZRange key start stop：通过索引区间返回有序集合成指定区间内的成员

127.0.0.1:6379> ZADD class -1 174a6
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZADD class 2 174a3
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZADD class 4 174a2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZRANGE class 0 -1
1) "174a6"
2) "174a3"
3) "174a2"

2.7 哈希(Hash)

Redis hash 是一个 string 类型的 field 和 value 的映射表。

hash 特别适合用于存储对象。
每个哈希键中可以存储多达 40 亿个字段值对。

语法

HSET key field value [field value...]：将哈希表 key 中的字段 field 的值设为 value(可设置多个 field value)。如果Key和field不存在就创建，field存在则覆盖。
HGET Hash_KEY Hash_FIELD：获取存储在哈希表中指定字段的值。
HGETALL Hash_KEY：获取在哈希表中指定 Hash_KEY 的所有字段和值。

127.0.0.1:6379> HSET Person name "redis" url "http://www.redis.com.cn" rank 1 visitors 240000000
(integer) 4
127.0.0.1:6379> HGET Person name
"redis"
127.0.0.1:6379> HGETALL Person
1) "name"
2) "redis"
3) "url"
4) "http://www.redis.com.cn"
5) "rank"
6) "1"
7) "visitors"
8) "240000000"

2.9 位图(Bitmap)

Redis Bitmap 通过类似 map 结构存放 0 或 1 ( bit 位 ) 作为值。

语法

SETBIT key offset value：对 key 所储存的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位(bit)。

GETBIT key offset：对 key 所储存的字符串值，获取指定偏移量上的位 ( bit )，当 offset 比字符串值的长度大，或者 key 不存在时，返回 0

BITCOUNT key start end：计算给定字符串特定范围中，被设置为 1 的比特位的数量。

BITOP [AND 、 OR 、 NOT 、 XOR] destKey key1 key2 ... ]：对一个或多个保存二进制位的字符串 key 进行位元操作，并将结果保存到 destkey 上。除了 NOT 操作之外，其他操作都可以接受一个或多个 key 作为输入。

127.0.0.1:6379> SETBIT space 0 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SETBIT work 67 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> GETBIT space 0
(integer) 1
127.0.0.1:6379> BITCOUNT space 0 -1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> BITOP OR  destkey space work
(integer) 9

用途

常用来统计状态，如日活是否浏览过某个东西。

统计用户登录天数

一共366天，每一天就是一个二进制位，用户登录二进制位为1

127.0.0.1:6379> SETBIT idx123  0 1    第1天登录
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SETBIT idx123  23 1   第24天登录
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SETBIT idx123  365 1  第366天登录
(integer) 0
127.0.0.1:6379> BITCOUNT idx123 0 -1  统计从0位到365位一共有几个1，也就是有几天
(integer) 3

2.10 基础操作

基础操作	描述
KEYS	查找键值
EXPIRE	设置键的过期时间
TTL	查看键的剩余过期时间
DEL	删除键值对

KEYS - 查找键：

127.0.0.1:6379> KEYS * 
1) "key"
2) "list"
3) "set"

EXPIRE - 设置键的过期时间：

127.0.0.1:6379> EXPIRE key 60
(integer) 1

TTL - 查看剩余过期时间：

127.0.0.1:6379> TTL key 
(integer) 56

DEL - 删除键：

127.0.0.1:6379> DEL key
(integer) 1

2.11 高级功能

高级功能	描述
发布订阅	实现消息队列
事务	原子执行多个命令
Lua脚本	编写脚本完成复杂操作
pipeline	批量发送命令减少RTT

事务操作：

127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> INCR counter
QUEUED
127.0.0.1:6379> INCR counter
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) (integer) 1
2) (integer) 2

发布订阅：

# 订阅端
127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE channel

# 发布端
127.0.0.1:6379> PUBLISH channel "hello"

Lua脚本：

127.0.0.1:6379> EVAL "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2 key1 key2 first second
1) "key1"
2) "key2"
3) "first"
4) "second"

pipeline：

127.0.0.1:6379> PIPELINE
127.0.0.1:6379> INCR counter1
127.0.0.1:6379> INCR counter2
127.0.0.1:6379> EXEC
1) (integer) 1
2) (integer) 1

三、go-redis

使用Redis作为数据库，并用go-redis库来操作它。

3.1 导包

import (
	"github.com/go-redis/redis/v9"
)

github.com/go-redis/redis/v9 是一个 Redis 客户端库，它提供了一系列的方法和类型，让您可以方便地执行 Redis 命令

3.2 连接redis

RedisClient := redis.NewClient(&redis.Options{
Addr: "127.0.0.1:6379",
Password: "your_password", // 如果没有Password，可以删掉改行
})

3.2 GET/SET/DEL/INCR/SETNX

下列命令都是用来操作字符串类型的键值对的。

GET命令用来获取一个键的值，如果键不存在则返回nil。
SET命令用来设置一个键的值，可以指定过期时间或其他选项。
DEL命令用来删除一个或多个键，返回被删除的键的数量。
INCR命令用来将一个键的值增加1，如果键不存在则先设置为0再增加1，如果键的值不是整数则返回错误。
SETNX命令用来设置一个键的值，只有当键不存在时才生效，返回1表示成功，0表示失败。

// 设置一个键foo的值为bar
err := RedisClient.Set(ctx, "foo", "bar", 0).Err()
if err != nil {
panic(err)
}

// 获取一个键foo的值
val, err := RedisClient.Get(ctx, "foo").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("foo", val)

// 删除一个键foo
n, err := RedisClient.Del(ctx, "foo").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("deleted", n)

// 将一个键counter的值增加1
n, err := RedisClient.Incr(ctx, "counter").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("counter", n)

// 设置一个键lock的值为1，只有当键不存在时才生效
ok, err := RedisClient.SetNX(ctx, "lock", 1, 0).Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("set lock", ok)

3.3 HSET/HGET/HINCRBY

下列命令都是用来操作哈希类型的键值对的。哈希类型的键可以存储多个字段和值，类似于Go中的map。

SET命令用来设置一个哈希类型键的一个或多个字段和值，返回被设置的字段的数量。
HGET命令用来获取一个哈希类型键的一个字段的值，如果字段不存在则返回nil。
HINCRBY命令用来将一个哈希类型键的一个字段的值增加指定的整数，如果字段不存在则先设置为0再增加，如果字段的值不是整数则返回错误。

// 设置一个哈希类型键user:1的name和age字段
n, err := RedisClient.HSet(ctx, "user:1", "name", "Alice", "age", 20).Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("set fields", n)

// 获取一个哈希类型键user:1的name字段
val, err := RedisClient.HGet(ctx, "user:1", "name").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("name", val)

// 将一个哈希类型键user:1的age字段增加10
n, err := RedisClient.HIncrBy(ctx, "user:1", "age", 10).Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("age", n)

3.4 LPUSH/RPOP/LRANGE

下列命令都是用来操作列表类型的键值对的。列表类型的键可以存储多个元素，类似于Go中的slice。

LPUSH命令用来将一个或多个元素插入到列表类型键的左端，返回列表长度。
RPOP命令用来移除并返回列表类型键的右端元素，如果列表为空则返回nil。
LRANGE命令用来获取列表类型键指定范围内的元素，范围可以用索引或负数表示，例如0表示第一个元素，-1表示最后一个元素。

// 将a,b,c三个元素插入到列表类型键mylist的左端
n, err := RedisClient.LPush(ctx, "mylist", "a", "b", "c").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("list length", n)

// 移除并返回列表类型键mylist的右端元素
val, err := RedisClient.RPop(ctx, "mylist").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("pop value", val)

// 获取列表类型键mylist的所有元素
vals, err := RedisClient.LRange(ctx, "mylist", 0, -1).Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("list values", vals)

• ZADD/ZRANGEBYSCORE/ZREVRANGE/ZINCRBY/ZSCORE

下列命令都是用来操作有序集合类型的键值对的。有序集合类型的键可以存储多个元素和分数，类似于Go中的map，但是元素是按照分数从小到大排序的。

ZADD命令用来将一个或多个元素和分数添加到有序集合类型键中，返回被添加的元素的数量。
ZRANGEBYSCORE命令用来获取有序集合类型键中指定分数范围内的元素，可以指定是否返回分数和排序方式。
ZREVRANGE命令用来获取有序集合类型键中指定索引范围内的元素，按照分数从大到小排序，可以指定是否返回分数。
ZINCRBY命令用来将有序集合类型键中指定元素的分数增加指定的浮点数，如果元素不存在则先添加再增加，返回新的分数。
ZSCORE命令用来获取有序集合类型键中指定元素的分数，如果元素不存在则返回nil。

// 将a,b,c三个元素和对应的分数添加到有序集合类型键myscore中
n, err := RedisClient.ZAdd(ctx, "myscore", &redis.Z{Score: 1.0, Member: "a"}, &redis.Z{Score: 2.0, Member: "b"}, &redis.Z{Score: 3.0, Member: "c"}).Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("added members", n)

// 获取有序集合类型键myscore中分数在1.5到2.5之间的元素，不返回分数，按照分数从小到大排序
vals, err := RedisClient.ZRangeByScore(ctx, "myscore", &redis.ZRangeBy{Min: "1.5", Max: "2.5"}).Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("members by score", vals)

// 获取有序集合类型键myscore中索引在0到-1之间的元素，返回分数，按照分数从大到小排序
vals, err := RedisClient.ZRevRangeWithScores(ctx, "myscore", 0, -1).Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("members by index", vals)

// 将有序集合类型键myscore中a元素的分数增加0.5
score, err := RedisClient.ZIncrBy(ctx, "myscore", 0.5, "a").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("new score of a", score)

// 获取有序集合类型键myscore中b元素的分数
score, err := RedisClient.ZScore(ctx, "myscore", "b").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("score of b", score)

四、总结

Redis 是一种高性能的 NoSQL 数据库，通过内存存储和数据结构设计，能够提供超高的读写性能、丰富的数据类型和可扩展性。
Redis 支持多种数据类型，包括字符串、哈希、列表、集合、有序集合等，可以灵活地应对不同的应用场景。
Golang 通过 go-redis 客户端，可以非常便捷地调用 Redis 的各种命令，实现缓存、排行榜、消息队列等功能。
文中展示了 Redis 的常见命令及 Golang 中的用法，包括 GET/SET、INCR、LPUSH/LRANGE、HSET/HGET、ZADD/ZRANGEBYSCORE 等，涵盖了字符串、哈希、列表、有序集合多种数据结构的操作。
Redis 非常适合处理热点数据的高效读写,可以显著降低数据库负载。Golang 通过 go-redis 客户端也可以便捷地使用 Redis 的强大功能。

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