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)。
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-2728002/b6lizfsvpp.jpeg)
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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
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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:
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-2728002/6qymrkw59z.jpeg)
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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:
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-2728002/56ki0jqlcz.jpeg)
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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
- 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。
- 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。
- 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。
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-2728002/stcu1ww0q6.jpeg)
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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)