redis各資料型別應用概述

繁星落眼眶發表於2019-01-19
Redis資料型別

前言

  1. redis是一個開源的使用ANSI C語言編寫、支援網路、可基於記憶體、亦可持久化的日誌型、key-value資料庫，並提供多種語言的API。
  2. 它是記憶體儲存的資料結構伺服器，可用作資料庫、快取記憶體和訊息佇列代理。
  3. 通過資料全部in-momery的方式保證高速訪問，同時提供資料落地的功能，這是redis最主要的適用場景。
  4. reids內建複製、Lua指令碼、LRU收回、事物以及不同級別磁碟持久化功能，同時通過redis Sentinel提供高可用，通過Redis Cluster提供自動分割槽。
  5. redis支援字串、雜湊表、列表、集合、有序集合、點陣圖、hyperloglogs等資料型別。
  6. redis最為常用的資料型別：stirng、hash、list、set、sorted set、pub/sub、transactions。

String型別

  1. string型別就是簡單的key-value型別，value不僅僅是string，也可以是數字。
  2. 常用命令：set、get、decr、incr、mget等。

  3. 除了提供與memcached一樣的get、set、incr、decr 等操作外，redis還提供了下面的一些操作：

    （1）獲取字串長度；
（2）往字串append內容；
（3）設定和獲取字串的某一段內容；
（4）設定及獲取字串的某一位(bit)；
（5）批量設定一系列字串的內容；

Hash型別

  1. hash特別適合用於儲存物件。
  2. 常用命令：hget、hset、hgetall等。
  3. 應用場景：儲存一些結構化的資料，比如使用者的暱稱、年齡、性別、積分等，儲存一個使用者資訊物件資料。

  4. 我們舉個簡單的例項來描述下Hash的應用場景，比如我們儲存一個使用者資訊物件資料，包含以下資訊：

    （1）使用者id為查詢的key；
（2）儲存的value包括姓名、年齡、生日等資訊

  5. 例項解析：

    （1）key是使用者id，value是一個Map。
（2）這個Map的key是成員的屬性名，value是屬性值；
（3）這樣對資料的修改和存取都可以直接通過其內部的Map的key（redis裡稱內部Map的key為field），也就是key(使用者名稱id)+field(屬性名)就可以操作對應屬性資料了。

  6. 注意：

    （1）redis提供了介面（hgetall）可以直接取到全部的屬性資料，但是如果內部Map的成員很多，那麼涉及到遍歷整個Map的操作。
（2）由於redis單執行緒模型的緣故，這個遍歷操作可能會比較耗時，而令其他客戶端的請求完全響應不到，這點需要注意。

List型別

  1. list型別實質是一個每個元素都是string型別的雙向連結串列，這使得list既可以用作棧，也可以用作佇列。
  2. list型別經常會被用於訊息佇列的服務，以完成多程式之間的訊息交換。
  3. 常用命令：lpush、rpush、lpop、rpop、lrange等。
  4. lpush是插入到連結串列的左邊，也就是頭部;rpush是插入到連結串列的右邊，也就是尾部;lrange(key,start,end)返回指定區間內的元素，從頭部（左端）start開始到尾部（右端）區間內。
  5. 應用場景：實現最新訊息排行等功能，還有訊息佇列。

  6. 簡單訊息佇列舉例分析：

    （1）假設一個應用程式執行lpush向連結串列中新增新的元素，我們通常將這樣的程式稱之為“生產者(producer)”；
（2）而另外一個應用程式正在執行rpop操作從連結串列中取出元素，我們稱這樣的程式為“消費者(consumer)”；
（3）在消費者消費訊息的過程中，需要不停呼叫rpop檢視list中是否有待處理訊息。每呼叫一次都會發起一次連結，造成不必要的浪費。
（4）另外，如果生產者速度大於消費者速度，訊息佇列長度會一直增大，時間久了會佔用大量記憶體空間；
（5）所以，可以使用brpop命令，這個命令只有在有元素時返回，沒有則會阻塞直到超時返回null。

Set型別

  1. set型別是string型別的無序集合。
  2. set集合的概念就是一堆不重複值的組合。
  3. set元素最大可以包含（2的32次方-1）個元素。
  4. set內部實現是一個value永遠為null的HashMap。
  5. set對外提供的功能與list類似是一個列表的功能，特殊之處在於set時可以自動排重的。
  6. 常用命令：sadd、spop、smembers、sunion等。
  7. 當你需要儲存一個列表資料，又不希望出現重複資料時，set是一個很好的選擇。
  8. 並且set提供了判斷某個成員是否在一個set集合內的重要介面，這個是list不能提供的。
  9. 利用set資料結構，可以儲存一些集合性的資料，比如在微博應用中，可以將一個使用者所有的關注人存在一個集合中，將其所有粉絲存在一個集合。
  10. redis還為集合提供了求交集、並集、差集等操作，可以非常方便的實現如共同關注、共同喜好、二度好友等功能。

Zset型別

  1. 和set一樣，sorted set也是stirng型別元素的集合。不同的是每個元素都會關聯一個double型別的score，元素順序由score決定。
  2. sorted set是插入有序的，即自動排序。
  3. 常用命令：zadd、zrange、zrem、zcard等。
  4. zRange(key,start,end)返回指定範圍內的score從低到高順序的所有元素；zRevRange(key,start,end)返回key對應的有序集合中指定區間的按照score從高到低的順序的所有元素。
  5. 當你需要一個有序的並且不重複的集合列表時，那麼可以選擇sorted set資料結構。

  6. 應用舉例：

    （1）例如儲存全班同學的成績，其集合value可以是同學的學號，而score就可以是成績。
（2）排行榜應用，根據得分列出topN的使用者等。

pub/sub

  1. subscribe、unsubscribe和publish三個命令實現了釋出與訂閱泛型。
  2. 傳送者（傳送資訊的客戶端）不是直接將資訊發給特定的接收者（接受資訊的客戶端），而是將資訊發給頻道（channel），然後由頻道將資訊轉發給所有對這個頻道感興趣的訂閱者。
  3. 傳送者無需知道任何關於訂閱者的資訊，而訂閱者也無需知道是哪個客戶端給它傳送資訊，它只要關注自己感興趣的頻道即可。
  4. 釋出／訂閱在redis中，被設計的非常輕量級和簡潔，它做到了訊息的釋出和訂閱的基本能力；但是尚未提供關於訊息持久化等各種企業級的特性。
  5. 一個redis client釋出訊息，其他多個redis client訂閱訊息，釋出的訊息即發即失，redis不會持久儲存釋出的訊息；訊息訂閱者也只能得到訂閱後的訊息，通道中此前的訊息無從獲得。
  6. 訊息釋出者，即publish客戶端，無需獨佔連結，你可以在publish訊息的同時，使用同一個redis-client連結進行其他操作（如incr等）；
  7. 訊息訂閱者，即subscribe客戶端，需要獨佔連結，即進行subscribe期間，redis-client無法穿插其他操作。
  8. 此時client以阻塞的方式等待publish端的訊息，因此subscribe需要使用單獨的連結，甚至需要在額外的執行緒中使用。
  9. tcp預設連線時間固定，如果在這世間內sub端沒有接收到pub端訊息，或pub端沒有訊息產生，sub端的連線都會強制回收。
  10. 這就需要特殊手段解決，用定時器來模擬pub和sub之間的保活機制，定時器時間不能超過tcp最大連線時間。
  11. 一旦subscribe端斷開連結，將會失去部分訊息，即連結失效期間的訊息將會被丟失，所以，這裡需要考慮redis的list來持久化；

  12. 如果你非常關注每個訊息，那麼你應該基於redis做一些額外的補充工作，如果你希望訂閱是持久的，那麼如下設計思路可以借鑑：

    （1）subscribe端：首先向一個set集合中增加“訂閱者id”，此set集合儲存了“活躍訂閱”者；訂閱者id標記每個唯一的訂閱者，此set為“活躍訂閱者集合”。
（2）subscribe端開啟訂閱操作，並基於redis建立一個以訂閱者id為key的list資料結構，此list中儲存了所有的尚未消費的訊息，此list稱為“訂閱者訊息佇列”；
（3）publish端：每釋出一條訊息之後，publish端都需要遍歷活躍訂閱者集合，並依次向每個“訂閱者訊息佇列”尾部追加此次釋出的訊息；
（4）到此為止，我們基本可以保證，釋出的每一條訊息，都會持久的儲存在每個“訂閱者訊息佇列”中；
（5）subscribe端，每接收到一個訂閱訊息，在消費周後，必須刪除自己的“訂閱者訊息佇列”頭部的一條訊息；
（6）subscribe端啟動時，如果發現自己的“訂閱者訊息佇列”中有殘存記錄，那麼將會首先消費這些訊息，然後再去訂閱。
  13. 以上方法可以保證成功到達的訊息必消費不丟失

transactions

  1. redis事務可以一次執行多個命令。

  2. 一個事務從開始到執行會經歷三個階段：

    （1）開始事務
（2）命令入隊
（3）執行事務
  3. 事務是一個單獨的隔離操作：事務中的所有命令都會序列化、按順序執行。
  4. 事務在執行的過程中，不會被其他客戶端傳送來的命令請求所打斷。
  5. 單個redis命令的執行時原子性的，但redis沒有在事務上增加任何維持原子性的機制，所以redis事務的執行並不是原子性的。
  6. 事務可以理解為一個打包的批量執行指令碼，但批量指令並非原子化的操作，中間某條指令的失敗不會導致前面已做指令的回滾，也不會造成後續的指令不做。
  7. multi、exec、discard和watch命令是redis事務的基礎。

  8. multi：

    （1）multi命令用於開啟一個事務，它總是返回ok。
（2）multi命令執行之後，客戶端可以繼續向伺服器傳送任意多條命令；
（3）這些命令不會立即被執行，而是被放到一個佇列中；
（4）當exec命令被呼叫時，所有佇列中的命令才會被執行。

  9. exec：

    （1）exec命令負責觸發並執行事務中的所有命令；
（2）如果客戶端在使用multi開啟了一個事務後，卻因為斷線而沒有成功執行exec命令，那麼事務中所有的命令都不會被執行。
（3）另一方面，如果客戶端成功在開啟事務之後執行exec命令，那麼事務中的所有命令都會被執行。

  10. discard：

    （1）通過呼叫discard，客戶端可以清空事務佇列，並放棄執行事務。

  11. watch：

    （1）watch命令可以為redis事務提供check-and-set （CAS）行為。 
（2）watch使得exec命令有條件的執行：事務只能在所有被監控健都沒有被修改的前提下執行，如果這個前提不能滿足，事務就不會執行。
（3）如果你用watch監視來一個帶過期時間的健，那麼即使這個健過期了，事務仍然可以執行。
（4）watch可以被呼叫多次，對健的監視從watch被執行之後就生效，直到呼叫exec為止。
（5）當exec被呼叫時，不管事務是否被成功執行，對所有健的監視都會被取消。
（6）當客戶端斷開連結時，該客戶端對健的監視也會被取消。

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