Redis元件介紹(三)

ikestu小猪發表於2024-08-30
Redis元件

寫在前面

今天來繼續學習 Redis。

Redis 持久化機制

快照 (Snapshot)

特點

快照持久化可以將某一時刻的所有資料寫入硬碟，預設開啟，儲存為 .rdb 檔案，也稱為 RDB 持久化。

快照生成方式

客戶端方式

  1. BGSAVE

    • 使用 BGSAVE 命令建立快照，Redis 會建立一個子程序進行寫入，父程序繼續處理命令請求。
    • 名詞解釋: fork 是建立子程序的操作，初期父子程序共享記憶體，直到寫操作發生才會分開。

  2. SAVE

    • 使用 SAVE 命令建立快照，Redis 在快照建立期間會阻塞，不響應其他命令。
    • 注意: SAVE 命令會使 Redis 處於阻塞狀態。

伺服器配置自動觸發

  1. 滿足配置自動觸發

    • 在 redis.conf 中設定 save 配置選項，Redis 會在滿足條件時自動觸發 BGSAVE。
    • 設定多個 save 選項時，任意條件滿足均會觸發 BGSAVE。

  2. 接收客戶端 shutdown 指令

    • 執行 shutdown 指令時，Redis 會執行 SAVE 命令，然後關閉伺服器。

配置生成快照名稱和位置

  1. 修改生成快照名稱

    • dbfilename dump.rdb

  2. 修改生成位置

    • dir ./

問題

快照可能導致資料丟失，尤其是在快照後有寫操作而斷電的情況下。

AOF 只追加日誌檔案

特點

將所有寫命令記錄到日誌檔案中，透過執行日誌檔案中的命令來恢復資料。

開啟 AOF 持久化

在 redis.conf 中開啟：

  • appendonly yes
  • appendfilename "appendonly.aof"

日誌追加頻率

  1. always 【謹慎使用】

    • 每個寫命令都同步寫入硬碟，降低 Redis 效能，SSD 使用者應慎用。

  2. everysec 【推薦預設】

    • 每秒同步一次 AOF 檔案，效能與無持久化時接近，最多丟失一秒資料。

  3. no 【不推薦】

    • 由作業系統決定同步時間，不會影響 Redis 效能，但可能丟失不定數量的資料。

修改同步頻率

  • 修改 appendfsync 為 everysec、always 或 no。

AOF 檔案的重寫

AOF 檔案會變大，Redis 提供 AOF 重寫機制來壓縮檔案。

觸發重寫方式

  1. 客戶端方式觸發

    • 執行 BGREWRITEAOF 命令，不會阻塞 Redis 服務。

  2. 伺服器配置自動觸發

    • 配置 auto-aof-rewrite-percentage 和 auto-aof-rewrite-min-size 選項。

重寫原理

7.0.0之前

從 Redis 7.0.0 開始，使用多部分 AOF 機制，將 AOF 檔案拆分為基礎檔案和增量檔案，透過清單檔案跟蹤。

重寫流程

  1. Redis 呼叫 fork，子程序重寫 AOF 檔案。
  2. 父程序繼續處理客戶端請求，將寫命令快取。
  3. 子程序完成重寫後，父程序將快取的寫命令寫入新檔案。
  4. 用新檔案替換舊檔案。

總結

可以同時使用 AOF 和快照持久化，也可以單獨使用，具體選擇取決於資料和應用的需求。持久化檔案應定期備份。

常見問題

  1. Redis 中持久化方案有幾種？

    • 兩種方案：RDB 快照持久化和 AOF 檔案持久化。

  2. 如何觸發 RDB 持久化？幾種方式？有什麼區別？

    • BGSAVE: 建立子程序進行快照。
    • SAVE: 阻塞當前 Redis 例項，建立快照。
    • shutdown: 伺服器關閉時自動執行 SAVE。
    • ctrl+c 或 kill -9: 直接停止程序，觸發 SAVE。

  3. AOF 持久化與 RDB 持久化的優缺點？

    • RDB: 啟動快，可能丟失資料。
    • AOF: 資料永續性好，啟動時效能差，檔案變大。推薦結合使用。

  4. Redis 7.0 之前和之後的重寫機制？

    • 之前: 父程序將操作放到記憶體，子程序生成新 AOF 檔案。
    • 之後: 使用多部分 AOF 檔案，父程序寫入新檔案，子程序生成基礎 AOF 檔案和增量檔案，原子替換。

  5. 如何不讓啟動介面佔用視窗？

    • 在 redis.conf 中設定 daemonize 為 yes。

點陣圖 (Bitmap)

介紹

點陣圖不是一種真正的資料型別，而是定義在字串型別中的。一個字串最多可以儲存 512MB 的內容。

  • 位上限: 2^(9(512) + 10(1024) + 10(1024) + 3(8b=1B)) = 2^32b

位操作命令

  1. SETBIT

    • 說明: 設定某一位上的值。
    • 語法: SETBIT key offset value （offset 為位偏移量，從 0 開始）

  2. GETBIT

    • 說明: 獲取某一位上的值。
    • 語法: GETBIT key offset

  3. BITPOS

    • 說明: 返回指定值 (0 或 1) 在指定區間上首次出現的下標。
    • 語法: BITPOS key bit [start] [end]
    • 查詢範圍:
      • 不指定範圍：BITPOS key bit
      • 指定開始位置：BITPOS key bit start
      • 指定開始和結束位置：BITPOS key bit start end

  4. BITOP

    • 說明: 對一個或多個儲存二進位制位的字串進行位操作，並將結果儲存到 destkey。
    • 操作型別:

      • AND: BITOP AND destkey key [key ...]

      • OR: BITOP OR destkey key [key ...]

      • XOR: BITOP XOR destkey key [key ...]

      • NOT: BITOP NOT destkey key

  5. BITCOUNT

    • 說明: 統計指定區間內值為 1 的個數。
    • 語法: BITCOUNT key [start] [end]
    • 區間:
      • 正方向：BITCOUNT key start end（從左向右）
      • 負方向：BITCOUNT key start end（從右向左）

點陣圖應用場景

  1. 網站使用者簽到的天數統計

    • 使用者 ID 為 key，天作為 offset，簽到置為 1。
    • 例如，第 366 天簽到，資料儲存為 000000000000000。

  2. 按天統計網站活躍使用者

    • 天作為 key，使用者 ID 為 offset，活躍使用者置為 1。
    • 統計活躍使用者數量：例如，50000000 使用者分佈在 366 天的資料大約為 2GB。

  3. 使用者線上狀態和人數統計

    • 使用點陣圖記錄使用者線上狀態，可以有效統計當前線上人數和活動情況。

Java 操作 Redis

引入依賴

在 pom.xml 檔案中新增 Jedis 連線依賴：

<dependency>
  <groupId>redis.clients</groupId>
  <artifactId>jedis</artifactId>
  <version>4.3.2</version>
</dependency>

建立 Jedis 物件

public static void main(String[] args) {
    // 1. 建立 Jedis 物件
    Jedis jedis = new Jedis("192.168.xxx.xxx", 7000);
    
    // 2. 選擇操作的資料庫，預設為 0 號庫
    jedis.select(0);
    
    // 3. 執行相關操作
    // ...
    
    // 4. 釋放資源
    jedis.close();
}

操作 Key 相關 API

  1. DEL

    • 說明: 刪除指定的 key。
    • 返回值: 被刪除 key 的數量。

  2. EXISTS

    • 說明: 檢查 key 是否存在。
    • 返回值: 存在返回 1，不存在返回 0。

  3. EXPIRE

    • 說明: 為已經存在的 key 設定過期時間。
    • 返回值: 設定成功返回 1，失敗返回 0。
    • 擴充套件:
      • PEXPIRE: 毫秒級別。
      • PEXPIREAT: 指定時間戳。

  4. KEYS

    • 說明: 返回符合模式的 key 列表。
    • 返回值: 符合模式的 key 列表。

  5. MOVE

    • 說明: 將 key 移動到另一個資料庫。
    • 返回值: 移動成功返回 1，失敗返回 0。

  6. TTL

    • 說明: 獲取 key 的剩餘生存時間。
    • 返回值:
      • 當 key 不存在時返回 -2。
      • 當 key 存在但沒有設定剩餘生存時間時返回 -1。
      • 否則，返回剩餘生存時間（秒）。

  7. PTTL

    • 說明: 獲取 key 的剩餘生存時間（毫秒級）。

  8. RANDOMKEY

    • 說明: 返回一個隨機的 key。
    • 返回值: 資料庫不為空時返回一個 key，空時返回 null。

  9. RENAME

    • 說明: 重新命名 key。
    • 返回值: 成功返回 OK，失敗返回錯誤資訊。

  10. TYPE

    • 說明: 獲取 key 的資料型別。
    • 返回值: none (key 不存在)、string、list、set、zset、hash。

操作 String 相關 API

  1. SET

    • 說明: 設定 key 的值。

  2. GET

    • 說明: 獲取 key 的值。

  3. MSET

    • 說明: 批次設定多個 key 的值。

  4. MGET

    • 說明: 批次獲取多個 key 的值。
    • 返回值: 字串列表。

  5. GETSET

    • 說明: 獲取 key 的值並設定新值。
    • 示例: GETSET age 24 返回原值，設定新值為 24。

  6. STRLEN

    • 說明: 獲取 key 對應字串的長度。

  7. APPEND

    • 說明: 追加字串到 key 的值末尾。
    • 返回值: 修改後的長度。

  8. GETRANGE

    • 說明: 獲取 key 對應字串的子串。
    • 示例: GETRANGE key 0 4 返回子串。

  9. SETEX

    • 說明: 設定 key 的值並設定過期時間（秒）。
    • 示例: 10 秒後自動銷燬。

  10. PSETEX

    • 說明: 設定 key 的值並設定過期時間（毫秒）。

  11. SETNX

    • 說明: 僅當 key 不存在時設定 key 的值。
    • 返回值: 已存在返回 0，不存在返回 1。

  12. MSETNX

    • 說明: 批次設定多個 key 的值，僅當所有 key 都不存在時成功。
    • 返回值: 僅當所有 key 都不存在時成功。

  13. DECR

    • 說明: 將 key 對應的值減 1。
    • 示例: DECR key 返回減少後的值。

  14. DECRBY

    • 說明: 將 key 對應的值減指定的值。
    • 示例: DECRBY key 2 返回減少後的值。

  15. INCR

    • 說明: 將 key 對應的值加 1。
    • 示例: INCR key 返回增加後的值。

  16. INCRBY

    • 說明: 將 key 對應的值加指定的值。
    • 示例: INCRBY key 2 返回增加後的值。

  17. INCRBYFLOAT

    • 說明: 將 key 對應的值按浮點數增加。
    • 示例: INCRBYFLOAT key 2.5 返回增加後的值。

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