【系统学习-redis】【一】概述和数据结构

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概要

今天我们开始聊一下 redis，慢慢地聊一下。redis 我们经常用于缓存数据库、排行榜、计数器应用等，在平时开发使用中，已经变成不可或缺的应用了。我们先一起来聊一下 redis 的一些功能和提供的数据结构，所以我们今天聊的有以下几点：

  • redis 杂谈
  • 数据结构
  • 一些全局的命令

redis 杂谈

redis 是一种基于键值对(key-value)数据库，其中 value 可以为 string, hash, list, set, zset 等数据结构，还提供了键过期，发布订阅，事务，流水线等功能。redis 经常使用的场景有作为缓存数据库，排行榜，计数器应用，社交网络等

redis 很快

redis 处理指令速度很快，也可以说是并发高，单机并发达到10W，实际需要真实测试，这个可以通过官方的压测工具 redis-benchmark 进行测试。那为什么 redis 很快呢，有以下几点原因

  • redis 基于内存，所有数据都在内存中。内存的读写速度是很快的
  • 单线程执行命令。避免了线程切换的消耗和线程之间资源的竞争
  • 多路复用，nio(非阻塞io) 采用 epoll，不在 io 上浪费时间
  • resp协议很简单。redis在tcp上设计了自己的resp协议，这个协议非常简单，解析请求和响应的时候就消耗少

resp 协议

resp 协议规定了 redis 客户端和服务端之间的通信，协议的例子如下。这里有两条指令，一条是 SELECT 0 意思是使用第 0 个数据库，一条是 set name sealde 意思是设置一个值。可以看出协议中一条指令由三部分组成，第一部分*2 是命令由几个字符串组成，$6 指下一条字符串有 6 个字符，SELECT 指具体命令，即选择数据库，$1 指下一条字符串有 1 个字符，0 指具体的命令，即第 0 个。set name sealde 同样是这样的结构

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*2
$6
SELECT
$1
0
*3
$3
set
$4
name
$6
sealde

resp 协议很简单，甚至没事干，可以自己写个客户端，在 TCP 连接上去发送和解析这样的字符串

数据结构

redis 数据结构一共有 string, list, set, zset, hash 这 5 种，可以通过redis命令手册查看具体的命令。接下来我们来聊一下数据结构具体的命令，这里只聊比较常用的命令

字符串 string

字符串数据结构即 value 是字符串，命令我们大致分为下面几类

  • 设置命令
    set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX] 这里的 value 可以是 字符串(JSON、XML等)、数字(整型和浮点数)、二进制(图片、音频和视频) 最大不能超过 512 M
    setnx key value key不存在，设置成功返回1；失败返回0
  • 获取命令
    get key 获取字符串
  • 批量命令
    mset key value [key value ...] 批量设置 key-value
    mget key [key ...] 批量获取字符串
  • 计数命令
    incr key 必须为整数，value自增1
    decr key 必须为整数，value自减1
    incrby key increment value 增加 increment 的数值
    decrby key decrement value 减去 decrement 的数值
    incrbyfloat key increment 浮点数增加 increment 的数值
  • 字符串操作命令
    append key value 拼接字符串
    strlen key 计算字符串长度
    getrange key start end 截取字符串

下面看两个例子

set age 23 ex 10。这里 age 是 key，value 是 23，ex 指过期时间，这里 10 秒后过期
setnx name test。不存在 name 这个 key 时，返回 1 设置成功；否则返回失败 0

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# 这个是字符串操作的例子
127.0.0.1:6379> set name hello
OK
127.0.0.1:6379> append name " world"
(integer) 11
127.0.0.1:6379> get name
"hello world"
127.0.0.1:6379> strlen name
(integer) 11
127.0.0.1:6379> getrange name 0 4
"hello"

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。redis 中每个 hash 可以存储 2^32 - 1 键值对（40多亿）。常用的命令如下

  • 设置、获取、删除
    hset key field value 设置值，一个 key 可以有多个 field，field 和 value 是隐射关系，就跟 java 的 map 一样
    hget key field 获取值
    hdel key field [field ...] 删除 field
  • 计数
    hlen key 计算 key 下有多少对 field 和 value
    hincrby key field increment 对 field 映射的 value 增加 increment 的值
    hincrbyfloat key field increment 浮点数增加 increment 的值
  • 批量操作
    hmset key field value [field value ...] 一次设置多个值
    hmget key field [field ...] 获取多个 field
    hkeys key 获取所有的 field
    hvals key 获取所有的 value
    hgetall key 获取所有的 field 和 value 的映射
  • 判断 filed 是否存在
    hexists key field

我们保存一条数据库的记录，通常可以使用 hash 来保存，比如有一条 id 123 name sealde age 19 city GuangZhou 这样的记录可以这样保存

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127.0.0.1:6379> hmset user:123 name sealde age 19 city GuangZhou
OK
127.0.0.1:6379> hgetall user:123
1) "name"
2) "sealde"
3) "age"
4) "19"
5) "city"
6) "GuangZhou"
127.0.0.1:6379> hget user:123 name
"sealde"

列表 list

存储多个有序的字符串，一个列表最多可以存 2^32-1 个元素，元素可以重复。redis 的 list 支持双端操作，即左右两边都可以放入元素和去除元素，其实跟 java 的 Deque 比较像。常用的命令如下

  • 插入
    rpush key value [value ...] 右插元素，可以多个
    lpush key value [value ...] 左插元素，可以多个
    linsert key BEFORE|AFTER pivot value 在 pivot 之前或者之后插入 value
  • 查找
    lrange key start stop 从左边范围查找
    lindex key index 根据下标查找元素
  • 删除并返回(出队列)
    lpop key 队列左边弹出一个元素
    rpop key 队列右边弹出一个元素

我们来看一个例子，lpush 插入数据其实就是进入队列

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127.0.0.1:6379> lpush ltest a b c d
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange ltest 0 -1
1) "d"
2) "c"
3) "b"
4) "a"
127.0.0.1:6379> lindex ltest 0
"d"
127.0.0.1:6379> lindex ltest -1
"a"
127.0.0.1:6379> lpop ltest
"d"

集合 set

可以保存多个元素，元素不能重复，元素是无序的。常用的命令如下

  • 添加、查询、删除
    sadd key member [member ...] 添加元素，一次可以添加多个元素
    smembers key 查询元素
    srem key member [member ...] 删除元素，一次可以删除多个元素
  • 计数和判断是否存在
    scard key 统计元素个数
    sismember key member 判断元素是否存在集合中
  • 集合操作
    sinter key [key ...] 求交集 sinterstore destination key [key ...] 求交集后存在 destination 中
    sunion key [key ...] 求并集 sunionstore destination key [key ...] 类似于上面
    sdiff key [key ...] 求差集 sdiffstore destination key [key ...] 类似于上面

集合可以做一些有爱好交集这样的需求，或者不能重复操作的需求。下面是一个添加和查询的例子

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127.0.0.1:6379> sadd stest a b c a d
(integer) 4
127.0.0.1:6379> smembers stest
1) "d"
2) "c"
3) "b"
4) "a"

有序集合 zset

有序集合就是有序的集合 =。= 每个成员(member) 不能重复，每个成员对应一个分值(score)，常用于排行榜或点赞数等场景。我们先来对比一下 list、set、zset 使用上的区别

数据结构 是否允许元素重复 是否有序 有序的实现方式 应用场景
list 是 是 索引下标 时间轴，队列
set 否 否 无 标签，社交
zset 否 是 分值 排行榜，点赞数

有序集合常用的命令

  • 插入、查询、删除
    zadd key [NX|XX] [CH] [INCR] score member [score member ...] 插入元素，nx 指不存在才能设置，xx 指存在时才能设置，ch 表示返回值为更新的数量，不加 ch 更新的个数是不会统计的，incr 自增1，score 分值，member 成员
    zrem key member [member ...] 删除成员
    zrange key start stop [WITHSCORES] 范围查询，withscores 指是否返回分值
    zrevrange key start stop [WITHSCORES] 在索引范围内 (start – stop) 倒叙排
    zrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count] 在分值范围内 (min – max) 排序返回
    zrevrangebyscore key max min [WITHSCORES] [LIMIT offset count] 在分值范围内 (max – min) 倒叙排
    zrank key member 排名
    zrevrank key member 倒叙的排名
  • 计数
    zcard key 统计成员数量

在排行榜场景中，zset 非常适合使用

一些全局的命令

  • keys pattern 查找键，如 keys user*，特别的 keys * 列出所有的键
  • dbsize 返回键的数量
  • exists key [key ...] 查看键是否存在
  • del key [key ...] 删除键
  • expire key seconds 给键设置过期时间
  • ttl name 查看键的过期时间，如果没有过期时间返回 -1
  • type key 返回键的数据类型，如果键不存在返回 none

数据库管理命令

  • select index 选择数据库，一共有16个数据库，0-15
  • flushdb 删除当前 db 下的所有数据
  • flushall 删除所有 db 下的数据

基本上我们已经聊完了常用的 redis 操作，我们结合业务灵活地使用这五种数据结构，比如一个排行榜功能，使用 zset 存储分值，点赞或者分享等给它加分值，每条数据一个用只能点赞一次可以使用 set 进行记录，查询自己数据的排名使用 zrevrank，跟前一名相比差多少分 zrangebyscore key score +inf withscores limit 1 2

今天就聊到这了，感觉没聊啥，当然 redis 还提供其他的功能，比如 发布订阅、HyperLogLog、bitmap、geo 地理位置、事务、lua脚本等，我们需要清楚这些都是提供什么样功能和适用的场景