學 Redis ，至少要看看這篇！7000 字小結

• 2019 年 10 月 7 日
• 筆記

來源：http://rrd.me/ekrCq

Redis 簡介

Redis 是完全開源免費的，遵守 BSD 協議，是一個高性能的 key – value 資料庫

Redis 與 其他 key – value 快取產品有以下三個特點：

• Redis 支援數據持久化，可以將記憶體中的數據保存在磁碟中，重啟的時候可以再次載入進行使用。
• Redis 不僅僅支援簡單的 key – value 類型的數據，同時還提供 list，set，zset，hash 等數據結構的存儲
• Redis 支援數據的備份，即 master – slave 模式的數據備份

Redis 優勢

• 性能極高 – Redis 讀的速度是 110000 次 /s, 寫的速度是 81000 次 /s 。
• 豐富的數據類型 – Redis 支援二進位案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 數據類型操作。
• 原子性 – Redis 的所有操作都是原子性的，意思就是要麼成功執行要麼失敗完全不執行。單個操作是原子性的。多個操作也支援事務，即原子性，通過 MULTI 和 EXEC 指令包起來。
• 其他特性 – Redis 還支援 publish/subscribe 通知，key 過期等特性。

Redis 數據類型

Redis 支援 5 中數據類型：string（字元串），hash（哈希），list（列表），set（集合），zset（sorted set：有序集合）。

string

string 是 redis 最基本的數據類型。一個 key 對應一個 value。

string 是二進位安全的。也就是說 redis 的 string 可以包含任何數據。比如 jpg 圖片或者序列化的對象。

string 類型是 redis 最基本的數據類型，string 類型的值最大能存儲 512 MB。

理解：string 就像是 java 中的 map 一樣，一個 key 對應一個 value

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127.0.0.1:6379> set hello world  OK  127.0.0.1:6379> get hello  "world"  

hash

Redis hash 是一個鍵值對（key – value）集合。

Redis hash 是一個 string 類型的 key 和 value 的映射表，hash 特別適合用於存儲對象。

理解：可以將 hash 看成一個 key – value 的集合。也可以將其想成一個 hash 對應著多個 string。

與 string 區別：string 是 一個 key – value 鍵值對，而 hash 是多個 key – value 鍵值對。

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// hash-key 可以看成是一個鍵值對集合的名字,在這裡分別為其添加了 sub-key1 : value1、  sub-key2 : value2、sub-key3 : value3 這三個鍵值對  127.0.0.1:6379> hset hash-key sub-key1 value1  (integer) 1  127.0.0.1:6379> hset hash-key sub-key2 value2  (integer) 1  127.0.0.1:6379> hset hash-key sub-key3 value3  (integer) 1  // 獲取 hash-key 這個 hash 裡面的所有鍵值對  127.0.0.1:6379> hgetall hash-key  1) "sub-key1"  2) "value1"  3) "sub-key2"  4) "value2"  5) "sub-key3"  6) "value3"  // 刪除 hash-key 這個 hash 裡面的 sub-key2 鍵值對  127.0.0.1:6379> hdel hash-key sub-key2  (integer) 1  127.0.0.1:6379> hget hash-key sub-key2  (nil)  127.0.0.1:6379> hget hash-key sub-key1  "value1"  127.0.0.1:6379> hgetall hash-key  1) "sub-key1"  2) "value1"  3) "sub-key3"  4) "value3"  

list

Redis 列表是簡單的字元串列表，按照插入順序排序。我們可以網列表的左邊或者右邊添加元素。

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127.0.0.1:6379> rpush list-key v1  (integer) 1  127.0.0.1:6379> rpush list-key v2  (integer) 2  127.0.0.1:6379> rpush list-key v1  (integer) 3  127.0.0.1:6379> lrange list-key 0 -1  1) "v1"  2) "v2"  3) "v1"  127.0.0.1:6379> lindex list-key 1  "v2"  127.0.0.1:6379> lpop list  (nil)  127.0.0.1:6379> lpop list-key  "v1"  127.0.0.1:6379> lrange list-key 0 -1  1) "v2"  2) "v1"  

我們可以看出 list 就是一個簡單的字元串集合，和 Java 中的 list 相差不大，區別就是這裡的 list 存放的是字元串。list 內的元素是可重複的。

set

redis 的 set 是字元串類型的無序集合。集合是通過哈希表實現的，因此添加、刪除、查找的複雜度都是 O（1）。

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127.0.0.1:6379> sadd k1 v1  (integer) 1  127.0.0.1:6379> sadd k1 v2  (integer) 1  127.0.0.1:6379> sadd k1 v3  (integer) 1  127.0.0.1:6379> sadd k1 v1  (integer) 0  127.0.0.1:6379> smembers k1  1) "v3"  2) "v2"  3) "v1"  127.0.0.1:6379>  127.0.0.1:6379> sismember k1 k4  (integer) 0  127.0.0.1:6379> sismember k1 v1  (integer) 1  127.0.0.1:6379> srem k1 v2  (integer) 1  127.0.0.1:6379> srem k1 v2  (integer) 0  127.0.0.1:6379> smembers k1  1) "v3"  2) "v1"  

redis 的 set 與 java 中的 set 還是有點區別的。redis 的 set 是一個 key 對應著 多個字元串類型的 value，也是一個字元串類型的集合，但是和 redis 的 list 不同的是 set 中的字元串集合元素不能重複，但是 list 可以。

Zset

redis zset 和 set 一樣都是 字元串類型元素的集合，並且集合內的元素不能重複。

不同的是 zset 每個元素都會關聯一個 double 類型的分數。redis 通過分數來為集合中的成員進行從小到大的排序。

zset 的元素是唯一的，但是分數（score）卻可以重複。

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127.0.0.1:6379> zadd zset-key 728 member1  (integer) 1  127.0.0.1:6379> zadd zset-key 982 member0  (integer) 1  127.0.0.1:6379> zadd zset-key 982 member0  (integer) 0  127.0.0.1:6379> zrange zset-key 0 -1 withscores  1) "member1"  2) "728"  3) "member0"  4) "982"  127.0.0.1:6379> zrangebyscore zset-key 0 800 withscores  1) "member1"  2) "728"  127.0.0.1:6379> zrem zset-key member1  (integer) 1  127.0.0.1:6379> zrem zset-key member1  (integer) 0  127.0.0.1:6379> zrange zset-key 0 -1 withscores  1) "member0"  2) "982"  

zset 是按照 分輸的大小來排序的。

小總結

類型簡介特性場景string（字元串）二進位安全可以包含任何數據，比如 jpg 圖片或者序列化的對象，一個鍵最大能存儲 521M—Hash（哈希）鍵值對集合，即程式語言中的 Map 類型適合存儲對象，並且可以像資料庫中 update 一樣只修改某一項屬性值存儲、讀取、修改用戶屬性List（列表）雙向鏈表增刪快，提供了操作某一段元素的 API1、最新消息排行等功能（朋友圈的時間線）2、消息隊列Set（集合）哈希表實現，元素不能重複添加刪除查找的複雜度都是 O(1);為集合提供了求交集、並集、差集等操作共同好友；利用唯一性，統計訪問網站的所有獨立 ip；好友推薦時，根據 tag 求交集，大於某個閾值就可以推薦Zset（有序集合）將 Set 中的元素增加一個權重參數 score，元素按 score 有序排列數據插入集合時，已經進行天然排序排行榜；帶權重的消息隊列

基本命令

自行查閱

發布訂閱

一般不用 Redis 做消息發布訂閱。

簡介

Redis 發布訂閱 (pub/sub) 是一種消息通訊模式：發送者 (pub) 發送消息，訂閱者 (sub) 接收消息。

Redis 客戶端可以訂閱任意數量的頻道。

下圖展示了頻道 channel1 ， 以及訂閱這個頻道的三個客戶端 —— client2 、 client5 和 client1 之間的關係：

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當有新消息通過 PUBLISH 命令發送給頻道 channel1 時， 這個消息就會被發送給訂閱它的三個客戶端：

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實例

以下實例演示了發布訂閱是如何工作的。在我們實例中我們創建了訂閱頻道名為 redisChat:

127.0.0.1:6379> SUBsCRIBE redisChat  Reading messages... (press Ctrl-C to quit)  1) "subscribe"  2) "redisChat"  

現在，我們先重新開啟個 redis 客戶端，然後在同一個頻道 redisChat 發布兩次消息，訂閱者就能接收到消息。

127.0.0.1:6379> PUBLISH redisChat "send message"  (integer) 1  127.0.0.1:6379> PUBLISH redisChat "hello world"  (integer) 1  # 訂閱者的客戶端顯示如下  1) "message"  2) "redisChat"  3) "send message"  1) "message"  2) "redisChat"  3) "hello world"  

發布訂閱常用命令

自行查閱

事務

redis 事務一次可以執行多條命令，伺服器在執行命令期間，不會去執行其他客戶端的命令請求。

事務中的多條命令被一次性發送給伺服器，而不是一條一條地發送，這種方式被稱為流水線，它可以減少客戶端與伺服器之間的網路通訊次數從而提升性能。

Redis 最簡單的事務實現方式是使用 MULTI 和 EXEC 命令將事務操作包圍起來。

• 批量操作在發送 EXEC 命令前被放入隊列快取。
• 收到 EXEC 命令後進入事務執行，事務中任意命令執行失敗，其餘命令依然被執行。也就是說 Redis 事務不保證原子性。
• 在事務執行過程中，其他客戶端提交的命令請求不會插入到事務執行命令序列中。

一個事務從開始到執行會經歷以下三個階段：

• 開始事務。
• 命令入隊。
• 執行事務。

實例

以下是一個事務的例子， 它先以 MULTI 開始一個事務， 然後將多個命令入隊到事務中， 最後由 EXEC 命令觸發事務， 一併執行事務中的所有命令：

redis 127.0.0.1:6379> MULTI  OK  redis 127.0.0.1:6379> SET book-name "Mastering C++ in 21 days"  QUEUED  redis 127.0.0.1:6379> GET book-name  QUEUED  redis 127.0.0.1:6379> SADD tag "C++" "Programming" "Mastering Series"  QUEUED  redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS tag  QUEUED  redis 127.0.0.1:6379> EXEC  1) OK  2) "Mastering C++ in 21 days"  3) (integer) 3  4) 1) "Mastering Series"   2) "C++"   3) "Programming"  

單個 Redis 命令的執行是原子性的，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。

事務可以理解為一個打包的批量執行腳本，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。

這是官網上的說明 From redis docs on transactions: It's important to note that even when a command fails, all the other commands in the queue are processed – Redis will not stop the processing of commands.

比如：

redis 127.0.0.1:7000> multi  OK  redis 127.0.0.1:7000> set a aaa  QUEUED  redis 127.0.0.1:7000> set b bbb  QUEUED  redis 127.0.0.1:7000> set c ccc  QUEUED  redis 127.0.0.1:7000> exec  1) OK  2) OK  3) OK  

如果在 set b bbb 處失敗，set a 已成功不會回滾，set c 還會繼續執行。

Redis 事務命令

下表列出了 redis 事務的相關命令：

序號命令及描述1DISCARD 取消事務，放棄執行事務塊內的所有命令。2EXEC 執行所有事務塊內的命令。3MULTI 標記一個事務塊的開始。4UNWATCH 取消 WATCH 命令對所有 key 的監視。5WATCH key [key …]監視一個 (或多個) key ，如果在事務執行之前這個 (或這些) key 被其他命令所改動，那麼事務將被打斷。

持久化

Redis 是記憶體型資料庫，為了保證數據在斷電後不會丟失，需要將記憶體中的數據持久化到硬碟上。

RDB 持久化

將某個時間點的所有數據都存放到硬碟上。

可以將快照複製到其他伺服器從而創建具有相同數據的伺服器副本。

如果系統發生故障，將會丟失最後一次創建快照之後的數據。

如果數據量大，保存快照的時間會很長。

AOF 持久化

將寫命令添加到 AOF 文件（append only file）末尾。

使用 AOF 持久化需要設置同步選項，從而確保寫命令同步到磁碟文件上的時機。這是因為對文件進行寫入並不會馬上將內容同步到磁碟上，而是先存儲到緩衝區，然後由作業系統決定什麼時候同步到磁碟。

選項同步頻率always每個寫命令都同步eyerysec每秒同步一次no讓作業系統來決定何時同步

• always 選項會嚴重減低伺服器的性能
• everysec 選項比較合適，可以保證系統崩潰時只會丟失一秒左右的數據，並且 Redis 每秒執行一次同步對伺服器幾乎沒有任何影響。
• no 選項並不能給伺服器性能帶來多大的提升，而且會增加系統崩潰時數據丟失的數量。

隨著伺服器寫請求的增多，AOF 文件會越來越大。Redis 提供了一種將 AOF 重寫的特性，能夠去除 AOF 文件中的冗餘寫命令。

複製

通過使用 slaveof host port 命令來讓一個伺服器成為另一個伺服器的從伺服器。

一個從伺服器只能有一個主伺服器，並且不支援主主複製。

連接過程

1. 主伺服器創建快照文件，即 RDB 文件，發送給從伺服器，並在發送期間使用緩衝區記錄執行的寫命令。快照文件發送完畢之後，開始像從伺服器發送存儲在緩衝區的寫命令。
2. 從伺服器丟棄所有舊數據，載入主伺服器發來的快照文件，之後從伺服器開始接受主伺服器發來的寫命令。
3. 主伺服器每執行一次寫命令，就向從伺服器發送相同的寫命令。

主從鏈

隨著負載不斷上升，主伺服器無法很快的更新所有從伺服器，或者重新連接和重新同步從伺服器將導致系統超載。為了解決這個問題，可以創建一個中間層來分擔主伺服器的複製工作。中間層的伺服器是最上層伺服器的從伺服器，又是最下層伺服器的主伺服器。

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哨兵

Sentinel（哨兵）可以監聽集群中的伺服器，並在主伺服器進入下線狀態時，自動從從伺服器中選舉處新的主伺服器。

分片

分片是將數據劃分為多個部分的方法，可以將數據存儲到多台機器裡面，這種方法在解決某些問題時可以獲得線性級別的性能提升。

假設有 4 個 Redis 實例 R0, R1, R2, R3, 還有很多表示用戶的鍵 user:1, user:2, … , 有不同的方式來選擇一個指定的鍵存儲在哪個實例中。

• 最簡單的是範圍分片，例如用戶 id 從 0 ~ 1000 的存儲到實例 R0 中，用戶 id 從 1001 ~ 2000 的存儲到實例 R1中，等等。但是這樣需要維護一張映射範圍表，維護操作代價高。
• 還有一種是哈希分片。使用 CRC32 哈希函數將鍵轉換為一個數字，再對實例數量求模就能知道存儲的實例。

根據執行分片的位置，可以分為三種分片方式：

• 客戶端分片：客戶端使用一致性哈希等演算法決定應當分布到哪個節點。
• 代理分片：將客戶端的請求發送到代理上，由代理轉發到正確的節點上。
• 伺服器分片：Redis Cluster。

（完）