《Redis開發與運維》第二章 API的理解和使用（上）讀書筆記

搬磚大叔發表於2018-12-25
Redis運維API筆記

全域性命令

  Redis有五種資料結構，它們是鍵值對中的值，對於鍵來說有一些通用的命令。

  • 檢視所有的鍵（keys *） keys *會遍歷所有的鍵，生產環境禁止使用。
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> set java jedis
OK
172.17.236.250:6379> set python redis-py
OK
172.17.236.250:6379> keys *
1) "java"
2) "python"
3) "hello"
172.17.236.250:6379> 
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  • 鍵總數（dbsize） dbsize命令計算鍵總數時直接獲取Redis內建的鍵總數變數，不會去遍歷所有的鍵。
172.17.236.250:6379> dbsize
(integer) 3
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  • 檢查鍵是否存在（exists key） 存在返回1，不存在返回0。
172.17.236.250:6379> exists java
(integer) 1
172.17.236.250:6379> exists pp
(integer) 0
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  • 刪除鍵（del key \[key ...\]） del無論值是什麼型別，del命令都可以將其刪除。也可以支援刪除多個鍵。返回結果為刪除成功的鍵數，如果刪除一個不存在的鍵則返回0。
172.17.236.250:6379> del java
(integer) 1
172.17.236.250:6379> del python hello
(integer) 2
172.17.236.250:6379> exists java
(integer) 0
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  • 鍵過期（expire key seconds） Redis支援對鍵新增過期時間，當超過過期時間後，會自動刪除鍵，例如為鍵hello設定10秒過期時間。
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> expire hello 10
(integer) 1
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  • 返回鍵過期的剩餘時間（ttl key） ttl key有三種返回值：   大於等於0的整數：鍵剩餘的過期時間；   -1：鍵沒有設定過期時間；   -2：鍵不存在。
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> ttl helo
(integer) -2
172.17.236.250:6379> ttl hello
(integer) -1
172.17.236.250:6379> expire hello 10
(integer) 1
172.17.236.250:6379> ttl hello
(integer) 5
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  • 鍵的資料結構型別（type key） type key會顯示鍵的資料結構型別，如果鍵不存在則返回結果為none。

資料結構和內部編碼

  type key命令實際返回的就是鍵當前的資料結構型別，分別是string（字串）、hash（雜湊）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合）。但是這些都是Redis對外的資料結構。如下圖所示：

在這裡插入圖片描述
  每一種資料結構都有自己的底層內部編碼實現，並且是多種實現，Redis會根據具體的場景去選擇合適的內部編碼。如下圖所示：
在這裡插入圖片描述

  • 檢視內部編碼（object encoding key），例如檢視鍵hello對應值的內部編碼
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> object encoding hello
"embstr"
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  • 設計優點
    • 可以改進內部編碼，但是對外部的資料結構無影響；
    • 多種內部編碼實現可以在不同場景下發揮各自的優勢；

單執行緒架構

  • 開啟兩個客戶端同時執行命令：
127.0.0.1:6379> incr counter
127.0.0.1:6379> incr counter
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  看到如下Redis客戶端與服務端的簡化模型圖：

在這裡插入圖片描述
  因為Redis是單執行緒處理命令，所以當一條命令到達服務端是不會被立即執行，所有的命令都會進入到一個佇列中，然後再逐步執行，所以上面兩個命令的執行順序是不確定的。如下圖所示：
在這裡插入圖片描述
  但是可以確定的是不會有兩條命令同時執行，所以兩條incr命令不管是怎麼執行都是2，不會產生併發問題。

為什麼Redis單執行緒還能那麼快？

  • Redis將所有的資料存在記憶體中，是純記憶體操作；
  • 非阻塞I/O，Redis使用epoll作為I/O多路複用技術實現，再加上Redis自身的事件處理模型將epoll中的連線、讀寫、關閉都轉行為事件，不會在網路I/O上浪費時間。如下圖：
    在這裡插入圖片描述
  • 單執行緒避免了執行緒切換和競態產生消耗；

單執行緒的好處：

  • 簡化資料結構和演算法實現；
  • 避免了執行緒切換和競態的消耗；

單執行緒的問題：

  • 如果某個命令執行過長，會造成其它命令阻塞，這對Redis是致命的。

字串

  字串是Redis最基礎的資料結構。首先鍵都是字串型別，並且其他資料結構都是在字串型別的基礎上進行構建的。   字串型別的值可以為：

  • 字串（簡單的字串和複雜的字串（例如：JSON、XML））
  • 數字（整數、浮點數）
  • 二進位制（音視訊或圖片（不能超過512MB））
    在這裡插入圖片描述

字串常用操作命令

設定值
  • 設定成功則返回OK
set key value \[ex seconds\] \[px milliseconds] \[nx|xx\]
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set命令有以下幾個選項：

  • ex seconds：為鍵設定秒級過期時間；
  • px milliseconds：為鍵設定毫秒級過期時間；
  • nx：鍵必須不存在才可以設定成功；
  • xx：與nx相反，鍵必須存在，才可以設定成功； 除了set之外，Redis還提供了setex和setnx兩個命令，作用和set命令的ex和nx選項一樣。如下：
setex key seconds value
setnx key value
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用例子說明set、setnx、set xx的區別：

##鍵hello不存在
172.17.236.250:6379> exists hello
(integer) 0
##set xx更新鍵hello的值返回nil
172.17.236.250:6379> set hello redis xx
(nil)
##為鍵hello設定值
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
##setnx為鍵hello設定值，因為鍵hello已存在所以設定失敗返回0
172.17.236.250:6379> setnx hello redis
(integer) 0
##set xx為鍵hello更新值成功
172.17.236.250:6379> set hello jedis xx
OK
172.17.236.250:6379> get hello
"jedis"
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  • 批量設定值
###mset key value \[key value ...\]
172.17.236.250:6379> mset a 1 b 2 c 3 d 4
OK
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  在實際的應用場景中，由於Redis是單執行緒的，如果有多個客戶端同時執行setnx key value，根據setnx的特性只有一個客戶端能設定成功，setnx可以作為分散式鎖的一個實現方案（Redis官方使用 setnx 實現分散式鎖方案傳送門）

獲取值
  • 獲取單個值，如果要獲取的鍵不存在則返回nil
get key
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  • 批量獲取值（如果獲取的鍵不存在則返回nil）
mget key \[key ... \]
172.17.236.250:6379> mget a b c d
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
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  批量操作命令可以提高開發效率，如果沒有mget這樣的命令，要執行n次get命令會按照下圖方式執行，具體耗時如下：

n次get時間 = n次網路時間 + n次命令執行時間
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在這裡插入圖片描述
  使用mget命令會按照下圖方式執行，具體耗時如下：

n次get時間 = 1次網路時間 + n次命令時間
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在這裡插入圖片描述
  Redis一次命令的執行時機包括網路時間和命令執行時間，Redis服務端的執行速度已經夠快。網路可能會成為效能瓶頸。在實際開發場景中，每次批量操作傳送的命令數不是無節制的，數量過多可能會造成Redis阻塞或網路堵塞。

計數
incr key
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incr命令用於對值進行自增操作，返回情況有三種：

  • 值不是整數，返回錯誤；
  • 值是整數，返回自增後的結果；
  • 鍵不存在，按照值為0自增，返回結果為1。   示例如下：
### 鍵 a 不存在
172.17.236.250:6379> exists a
(integer) 0
### 對不存在的鍵 a 進行自增，返回結果為 1
172.17.236.250:6379> incr a
(integer) 1
### 再次對 a 進行自增操作，返回結果為 2
172.17.236.250:6379> incr a
(integer) 2
### 值不是整數，報錯
172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> incr hello
(error) ERR value is not an integer or out of range
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  除了incr命令，Redis提供了decr自減、incrby自增指定數字、decrby自減指定數字、incrbyfloat自增浮點數。如下所示：

decr key
incrby key increment
decrby key increment
incrbyfloat key increment

172.17.236.250:6379> decr a
(integer) 1
172.17.236.250:6379> incrby a 5
(integer) 6
172.17.236.250:6379> decrby a 5
(integer) 1
172.17.236.250:6379> incrbyfloat a 4.9
"5.9"
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字串不常用操作命令

追加值
append key value
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  append可以向字串尾部追加值，如下所示：

172.17.236.250:6379> set hello world
OK
172.17.236.250:6379> get hello
"world"
172.17.236.250:6379> append hello redis
(integer) 10
172.17.236.250:6379> get hello
"worldredis"
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字串長度
strlen key
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  當前值為worldredis，所以返回長度為10（中文佔用3個位元組），如下：

172.17.236.250:6379> strlen hello
(integer) 10
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設定並返回原值
getset key value
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  getset和set會設定值，不同的是，它會返回這個鍵原來的值，如下：

172.17.236.250:6379> getset hello world
(nil)
172.17.236.250:6379> getset hello redis
"world"
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設定指定位置的字串
setrange key offeset value
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  將"adcd"變成"ddcd"：

172.17.236.250:6379> set redis adcd
OK
172.17.236.250:6379> setrange redis 0 d
(integer) 4
172.17.236.250:6379> get redis
"ddcd"
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獲取部分字串
getrange key start end
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  start和end分別是開始和結束的偏移量，偏移量從0開始計算，如下：

172.17.236.250:6379> getrange redis 0 1
"dd"
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字串型別命令時間複雜度表

在這裡插入圖片描述

內部編碼

字串的內部編碼有3種：

  • int：8個位元組的長整型；
  • embstr：小於等於39個位元組的字串；
  • raw：大於39個位元組的字串。 Redis會根據當前值的型別和長度決定使用哪種內部編碼實現。如下所示：
#### int 型別
172.17.236.250:6379> set key 81
OK
172.17.236.250:6379> object encoding key
"int"
#### embstr 型別
172.17.236.250:6379> set key hello,world
OK
172.17.236.250:6379> object encoding key
"embstr"
#### raw 型別
172.17.236.250:6379> set key qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuioplkjhgfdsaczvxbnm
OK
172.17.236.250:6379> object encoding key
"raw"
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典型使用場景

快取功能

  Redis作為快取層，MySQL作為儲存層，絕大部分請求的資料都是從Redis中獲取。因為Redis有支撐高併發的特性，所以快取能起到加速讀寫和降低後端壓力的作用。如下圖：

在這裡插入圖片描述
思路如下：

  • 定義獲取使用者基礎資訊函式
  • 首先從Redis獲取使用者資訊
  • 若沒有從Redis中獲取到使用者資訊，需要從MySQL中進行獲取，並且將結果寫入Redis中，新增過期時間
  • 虛擬碼如下：
UserInfo getUserInfo(long id) {
    //定義鍵
    userRedisKey = "user:info:"+id;
    //從Redis獲取值
    value = redis.get(userRedisKey);
    if(value!=null){
         //  將值進行反序列化為UserInfo並返回結果
        userInfo = deserialize(value);
        return userInfo;
    } else {
        // 從MySQL獲取使用者資訊
        userInfo = mysql.get(id);
        // 將userInfo序列化，設定3600秒過期時間，存入Redis
        if (userInfo != null) {
            redis.setex(userRediskey,3600,serialize(userInfo));
        }
    }
}
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  注意：Redis沒有命令空間，也沒有對鍵名有強制要求（除了不能使用一些特殊字元）。鍵名要設計合理，有利於防止鍵衝突專案的可維護性。推薦使用"業務名: 物件名:id:[屬性]"作為鍵名。可以在能描述鍵的含義下適當減少鍵的長度，從而減少鍵過長而造成的記憶體浪費。

計數

  使用Redis作為計數的基礎工具，他可以實現快速計數、查詢快取功能，同時資料可以非同步落地到其他資料來源。 虛擬碼如下：

long incrVideoCounter(long id) {
    key = "video:playCount:"+id;
    return redis.incr(key);
}
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  在實際開發中，計數系統要考慮很多東西：防作弊、按照不同的維度計數，資料持久化到底層資料來源等等。

共享session

  一個分散式Web服務將使用者的session資訊儲存在各自的伺服器上，但是出於負載均衡的考慮，分散式服務會將使用者的訪問均衡到不同的伺服器上，這樣就導致使用者重新整理一次訪問可能就會發現需要重新登入。如下圖：

在這裡插入圖片描述
  為了解決這個問題，開發人員可以使用Redis將使用者的session進行集中的管理。在這種模式下只需要保證Redis是高可用和擴充套件性的，每次使用者更新或者查詢登入資訊都可以直接從Redis種獲取。如下圖：
在這裡插入圖片描述

限速

  很多應用在每次進行登入時，會讓使用者輸入手機驗證碼來確定是否是使用者本人。為了讓簡訊介面不被頻繁訪問，會限制使用者在每分鐘的獲取驗證碼的頻率，例如一分鐘不能超過5次。如下圖：

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  虛擬碼如下：

phoneNum=""135xxxxxxxx;
key = "shortMsg:limit:"+phoneNum;
isExists = redis.set(key,1,"EX 60","NX");
if(isExists != null || redis.incr(key) <= 5) {
    //通過
} else {
    //限速
}
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  例如某些網站不能在1秒之內訪問超過n次也可以採用類似的思路。   除了以上幾種應用場景，字串還有很多的應用場景，這需要我們結合字串提供的相應命令去決定怎樣使用。

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