Redis開發使用指南

Redis

Redis是一個開源（BSD許可）的記憶體數據結構存儲，用作資料庫、快取和消息代理。Redis提供數據結構，如strings, hashes, lists, sets, sorted sets with range queries, bitmaps, hyperloglogs, geospatial indexes, and streams.。Redis具有內置複製、Lua腳本、LRU eviction、事務和不同級別的磁碟持久性，並通過Redis Sentinel和Redis Cluster的自動分區提供高可用性。

一、Redis基本數據結構

1. 字元串 （String）

字元串類型是Redis中最為基礎的數據存儲類型，它在Redis中是二進位安全的，這意味著該類型可以接受任何格式的數據，如JPEG影像數據或json對象描述資訊等。在Redis中字元串類型的value最多可以容納的數據長度是512M。

常用命令：

  • set key value 設置值
  • get key 獲取值
  • getset 將給定的值設置進去，並返回舊值
  • mget key1 key2… 獲取一個或多個key的值
  • setnx key value 當key不存在時才設置值
  • incr key 將key存儲的值+1
  • incrby key increment 將 key 所儲存的值加上給定的增量值（increment）
  • decr key 將key存儲的值-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所存儲的字元串的長度

注意：

  1. 字元串append命令會使用更多的記憶體
  2. 整數共享：如果能使用整數，就盡量使用整數
  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. 散列（hash）

Redis中Hash類型可以看成句又String key和String value的map容器。所以該類型非常適合存儲對象的資訊。

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 查看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類型是按照插入順序排序的字元串鏈表。和資料庫結構中的普通鏈表一樣，可以在頭部和尾部添加新的元素。在插入時如果鍵不存在，Redis將為該鍵創建一個新的鏈表。與此相反，如果鏈表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 通過索引位置設置值
  • 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 類型的無序集合。集合成員是唯一的，這就意味著集合中不能出現重複的數據。Redis 中集合是通過哈希表實現的，所以添加，刪除，查找的複雜度都是 O(1)。集合中最大的成員數為 2^32 – 1

常用命令：

  • sadd key member1 [member2] 向集合中添加元素
  • 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 類型元素的集合,且不允許重複的成員。不同的是每個元素都會關聯一個 double 類型的分數。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] 向有序集合中添加一個或多個成員，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的高級數據結構

1. HyperLogLog

Redis 在 2.8.9 版本添加了 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這種數據結構。但是大數據量下Set會佔用很大的存儲空間。

常用命令：

  • pfadd key element [element …] 添加指定元素到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主要用於存儲地理位置資訊，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 …] 添加地理位置坐標
  • 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，它可以用作大數據量的存儲，不過存儲的內容只能是0或1. 可以使用在10億用戶的在線狀態，1代表在線，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 高級特性

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. 發布訂閱

發布訂閱是一種通訊模式，發送者發送消息，訂閱者接受消息。客戶端可以訂閱多個頻道，然後有新消息發送給頻道，訂閱該頻道的客戶端就都能收到消息。

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 將消息發送到指定通道
  • 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. 腳本

Redis 腳本通過Lua解釋器來執行腳本，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版本新增的數據結構。Redis Stream主要用於消息隊列，Redis本身有一個發布/訂閱功能，但是它有一個缺點，消息沒有持久化，如果網路中斷或宕機，數據就會丟失。

Redis Stream提供了消息的持久化和主備複製功能，它有一個消息鏈表，把所有加入的消息都串起來，每個消息都有唯一的ID和內容。

常用命令：

  • xadd key ID field value [field value …] 添加消息

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

  • xdel key ID [ID ..] 刪除消息
  • xrange key start end [COUNT count] 查看消息

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] 創建消費者組

從頭開始消費：

xgroup create mystream consumer-group-name 0-0

從尾部開始消費，只接受新消息

xgroup create mystream consumer-group-name $

  • xreadgroup group group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] [NOACK] STREAMS key [key …] ID [ID …] 從消費者組讀取消息

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 ：隊列名
ID：消息id

四、Redis使用場景

1. 業務數據快取

  1. 通用數據快取：String、list等
  2. 會話快取、token、session快取

2. 業務數據處理

  1. 非嚴格一致性要求的數據
  2. 業務操作去重：訂單處理的冪等校驗
  3. 業務數據排序

3. 全局一致計數

  1. 全局流控
  2. 秒殺時庫存計算
  3. 全局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. 發布訂閱與Stream

用於消息發布訂閱模式

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腳本保證原子性
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，需要配置連接池管理連接

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，如分散式的基本數據類型和鎖。

六、項目集成

1. SpringMvc項目可以引入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（默認使用的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 集成Redis

  1. 啟用Spring Cache
@EnableCaching
  1. 方法上添加快取註解
 @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作為一個進程來講是多個執行緒的。比如Redis通過多執行緒方式在後台刪除對象、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數據->數據處理->返回數據。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多路復用模型，「多路」是指多個網路連接，「復用」是復用同一個執行緒。

  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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