Redis開發使用指南

女友在高考發表於2021-08-26
Redis

Redis

Redis是一個開源（BSD許可）的記憶體資料結構儲存，用作資料庫、快取和訊息代理。Redis提供資料結構，如strings, hashes, lists, sets, sorted sets with range queries, bitmaps, hyperloglogs, geospatial indexes, and streams.。Redis具有內建複製、Lua指令碼、LRU eviction、事務和不同級別的磁碟永續性，並通過Redis Sentinel和Redis Cluster的自動分割槽提供高可用性。

一、Redis基本資料結構

1. 字串 （String）

字串型別是Redis中最為基礎的資料儲存型別，它在Redis中是二進位制安全的，這意味著該型別可以接受任何格式的資料，如JPEG影像資料或json物件描述資訊等。在Redis中字串型別的value最多可以容納的資料長度是512M。

常用命令：

  • set key value 設定值
  • get key 獲取值
  • getset 將給定的值設定進去，並返回舊值
  • mget key1 key2... 獲取一個或多個key的值
  • setnx key value 當key不存在時才設定值
  • incr key 將key儲存的值+1
  • incrby key increment 將 key 所儲存的值加上給定的增量值（increment）
  • decr key 將key儲存的值-1
  • decrby key increment 將 key 所儲存的值減去給定的增量值（increment）
  • strlen key 返回key所儲存的字串的長度

注意：

  1. 字串append命令會使用更多的記憶體
  2. 整數共享：如果能使用整數，就儘量使用整數
  3. 整數精度問題：redis能保證16位精度，17-18位的大整數就會丟失精度

2. 雜湊（hash）

Redis中Hash型別可以看成句又String key和String value的map容器。所以該型別非常適合儲存物件的資訊。

常用命令：

  • hset key field value
  • hget key field
  • hmset key field1 value1 [field2 value2 ] 同時set多個field值
  • hmget key field1 [field2]
  • hgetall key 獲取key的所有值
  • hincrby key field increment 給指定的key的field增加給定的增量值(increment)
  • hkeys key 獲取某個key的所有field
  • hvals key 獲取某個key的所有value
  • hlen key 獲取hash表中欄位的數量
  • hexists key field 檢視hash表中的欄位是否存在
  • hdel key field1 [field2] 刪除一個或多個hash表欄位

3. 列表（list）

在Redis中，List型別是按照插入順序排序的字串連結串列。和資料庫結構中的普通連結串列一樣，可以在頭部和尾部新增新的元素。在插入時如果鍵不存在，Redis將為該鍵建立一個新的連結串列。與此相反，如果連結串列中所有的元素均被移除，那麼該鍵也會被從資料庫中刪除。

常用命令：

  • lpush key value1 [value2] 將一個值或多個值插入到列表頭部
  • rpush key value1 [value2] 將一個值或多個值插入到列表尾部
  • lrange key start stop 獲取列表指定範圍的元素
  • lpop key 移出並獲取列表中的第一個元素
  • rpop key 移出並獲取列表中的最後一個元素
  • blpop key1 [key2 ] timeout 阻塞性的移出並獲取列表的第一個元素，如果沒有元素就會阻塞到超時或有元素為止
  • brpop key1 [key2 ] timeout 阻塞性的移出並獲取列表的最後一個元素，如果沒有元素就會阻塞到超時或有元素為止
  • lindex key index 通過索引位置獲取列表中的元素
  • llen key 獲取列表長度
  • lset key index value 通過索引位置設定值
  • ltrim key start stop 對一個列表進行修剪，只保留指定區間的元素，區間外的都刪除掉

4. 集合（Set）

Redis 的 Set 是 String 型別的無序集合。集合成員是唯一的，這就意味著集合中不能出現重複的資料。Redis 中集合是通過雜湊表實現的，所以新增，刪除，查詢的複雜度都是 O(1)。集合中最大的成員數為 2^32 - 1

常用命令：

  • sadd key member1 [member2] 向集合中新增元素
  • scard key 獲取集合的成員數
  • sdiff key1 [key2] 返回第一個集合與其他集合之間的差異
  • sinter key1 [key2] 返回給定所有集合的交集
  • sunion key1 [key2] 返回給定集合的並集
  • sismember key member 判斷member元素是否是集合中的成員
  • smembers key 返回集合中所有成員
  • spop key 移除並返回集中中的一個隨機元素
  • srandmember key [count] 返回集合中一個或多個隨機數
  • srem key member1 [member2] 移除集合中一個或多個成員

5. 有序集合（sorted set）

Redis 有序集合和集合一樣也是 string 型別元素的集合,且不允許重複的成員。不同的是每個元素都會關聯一個 double 型別的分數。redis 正是通過分數來為集合中的成員進行從小到大的排序。

常用命令：

  • zadd key score1 member1 [score2 member2] 向有序集合中新增一個或多個成員，或更新已有成員的分數
  • zcard key 獲取有序集合中的成員數量
  • zrange key start end [withscores] 通過索引區間返回有序集合中的成員
  • zrevrange key start stop [WITHSCORES] 通過索引區間返回有序集合中的成員，分數從高到低
  • zrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT] 通過分數返回有序集合指定區間內的成員
  • zrevrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT] 通過分數返回有序集合指定區間內的成員，分數由高到低排序
  • zrem key member [member ...] 移除
  • zremrangebyrank key start stop 移除給定排名區間的所有成員
  • zremrangebyscore key min max 移除給定分數區間的所有成員
  • zscore key member 返回有序集合中成員的分數

二、Redis的高階資料結構

1. HyperLogLog

Redis 在 2.8.9 版本新增了 HyperLogLog 結構。Redis HyperLogLog是用來做基數統計的演算法，HyperLogLog的優點是，在輸入元素的數量或者體積非常非常大時，計算基數所需的空間總是固定 的、並且是很小的。不過這個是估算，有一定的誤差。

基數計算指的是統計一批元素中不重複元素的個數，比如UV的統計。實現基數統計最常見的是用Set這種資料結構。但是大資料量下Set會佔用很大的儲存空間。

常用命令：

  • pfadd key element [element ...] 新增指定元素到HyperLogLog 中
  • pfcount key [key ...] 返回給定key的基數估算值
  • pfmerge destkey sourcekey [sourcekey ...] 將多個hyperloglog 合為一個

2. GEO

Redis GEO主要用於儲存地理位置資訊，並對其進行操作。該功能在Redis3.2版本增加

常用命令：

  • geoadd key longitude latitude member [longitude latitude member ...] 新增地理位置座標
  • geopos key member [member ...] 返回指定member的經緯度
  • geodist key member1 member2 [m|km|ft|mi] 計算兩個位置的距離 後面的是單位

m【米】 km【千米】 ft【英尺】 mi【英里】

  • georadius key longitude latitude radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count] [ASC|DESC] [STORE key] [STOREDIST key] 以給定的經緯度為中心，返回鍵包含的元素中，與中心距離不超過給定最大距離的所有位置元素

  • georadiusbymember key member radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count] [ASC|DESC] [STORE key] [STOREDIST key] 同上，只不過中心位置的傳參由經緯度變成了member

  • geohash key member [member ...] 獲取一個或多個元素的geohash值

3. BitMap

BitMap的原理上一篇已經講過了，它可以用作大資料量的儲存，不過儲存的內容只能是0或1. 可以使用在10億使用者的線上狀態，1代表線上，0代表離線。

value值只能是0、1

  • setbit key offset value
  • getbit key offset
  • bitcount key 獲取值為1的個數

三、Redis 高階特性

1. Redis事務

Redis的事務與資料庫的事務概念不同，Redis會將一個事務中的所有命令序列化,然後按順序執行。Redis不可能在一個Redis事務的執行過程中插入執行另一個客戶端發出的請求，事務中任意命令失敗不影響其他命令的執行，也不會回滾。

2. 釋出訂閱

釋出訂閱是一種通訊模式，傳送者傳送訊息，訂閱者接受訊息。客戶端可以訂閱多個頻道，然後有新訊息傳送給頻道，訂閱該頻道的客戶端就都能收到訊息。

常用命令：

  • subscribe channel [channel ...] 訂閱一個或多個頻道
  • psubscribe pattern [pattern ...] 訂閱一個或多個符合給定模式的頻道
  • publish channel message 將訊息傳送到指定通道
  • unsubscribe [channel [channel ...]] 退訂給定的頻道
  • punsubscribe channel [channel ...] 退訂所有給定模式的頻道。

3. 指令碼

Redis 指令碼通過Lua直譯器來執行指令碼，Redis 2.6 版本通過內嵌支援Lua環境

基本語法如下：
EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]

例子：

EVAL "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2 key1 key2 first second

4. Redis Stream

Redis Stream是5.0版本新增的資料結構。Redis Stream主要用於訊息佇列，Redis本身有一個釋出/訂閱功能，但是它有一個缺點，訊息沒有持久化，如果網路中斷或當機，資料就會丟失。

Redis Stream提供了訊息的持久化和主備複製功能，它有一個訊息連結串列，把所有加入的訊息都串起來，每個訊息都有唯一的ID和內容。

常用命令：

  • xadd key ID field value [field value ...] 新增訊息

xadd mystream * name sa surname occc (*代表id由redis生成)

  • xdel key ID [ID ..] 刪除訊息
  • xrange key start end [COUNT count] 檢視訊息

xrange mystream - + (- 代表最小值，+ 代表最大值)

  • xgroup [CREATE key groupname id-or-$] [SETID key groupname id-or-$] [DESTROY key groupname] [DELCONSUMER key groupname consumername] 建立消費者組

從頭開始消費：

xgroup create mystream consumer-group-name 0-0

從尾部開始消費，只接受新訊息

xgroup create mystream consumer-group-name $

  • xreadgroup group group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] [NOACK] STREAMS key [key ...] ID [ID ...] 從消費者組讀取訊息

XREADGROUP GROUP consumer-group-name consumer-name COUNT 1 STREAMS mystream

第二個group ：消費組名
consumer： 消費者名
count ：讀取數量
milliseconds ： 阻塞毫秒數
key ：佇列名
ID：訊息id

四、Redis使用場景

1. 業務資料快取

  1. 通用資料快取：String、list等
  2. 會話快取、token、session快取

2. 業務資料處理

  1. 非嚴格一致性要求的資料
  2. 業務操作去重：訂單處理的冪等校驗
  3. 業務資料排序

3. 全域性一致計數

  1. 全域性流控
  2. 秒殺時庫存計算
  3. 全域性ID生成

4. 高效統計計數

  1. id、ip等使用bitmap操作
  2. 使用HyperLogLog進行UV、PV等非精確性的統計

5. 釋出訂閱與Stream

用於訊息釋出訂閱模式

6. 分散式鎖

  1. 獲取鎖
set key my_random_value NX PX 30000
  1. 釋放鎖,需要用到lua指令碼保證原子性
if redis.call("get",KEYS[1])==ARGV[1] then
   return redis.call("del",KEYS[1])
else
  return 0
end

五、Redis的Java客戶端

1. Jedis

基於BIO、執行緒不安全，需要配置連線池管理連線

2. Lettuce

目前主流推薦的驅動，基於Netty NIO，API執行緒安全

3. Redission

基於Netty NIO，API執行緒安全。大量豐富的分散式功能，如分散式的基本資料型別和鎖。

六、專案整合

1. SpringMvc專案可以引入Spring data redis

maven依賴

<dependency>
            <groupId>org.springframework.data</groupId>
            <artifactId>spring-data-redis</artifactId>
            <version>2.1.2.RELEASE</version>
</dependency>

核心是RedisTemplate（可以配置基於Jedis、Lettuce、Redisson），封裝了基本的redis命令。

2. SpringBoot接入（預設使用的Lettuce）

<dependency>
			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

配置spring.redis

如：spring.redis.host=127.0.0.1

3. Spring Cache 整合Redis

  1. 啟用Spring Cache
@EnableCaching
  1. 方法上新增快取註解
 @Override
    @Cacheable(value = "userCache")
    public User getUser(Integer id) {
        return userMapper.getUser(id);
    }
  1. 配置redisCache
@Configuration
public class CacheConfig {

    @Bean
    public RedisCacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
        return RedisCacheManager.create(redisConnectionFactory);
    }
}

番外：

  1. Redis到底是單執行緒，還是多執行緒？

這個問題有坑。首先Redis作為一個程式來講是多個執行緒的。比如Redis通過多執行緒方式在後臺刪除物件、以及通過 Redis模組實現的阻塞命令等.單執行緒的地方在於探測哪個接收完了請求資料->資料處理->返回資料。而其他耗時操作是用了其他執行緒。

探測哪個客戶端的請求接受完了，使用的是IO多路複用模型，“多路”是指多個網路連線，“複用”是複用同一個執行緒。

  1. 為什麼IO模組在Redis6之前是單執行緒？

因為Redis是基於記憶體的操作，CPU不是瓶頸，瓶頸在於機器記憶體的大小或網路頻寬。
3. Redis6之後的多執行緒是什麼？

IO模型使用了多執行緒的NIO模型，記憶體處理執行緒也還是單執行緒。

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