Redis

Redis是一個開源（BSD許可）的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲吆视，用作數(shù)據(jù)庫典挑、緩存和消息代理。Redis提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)啦吧，如strings, hashes, lists, sets, sorted sets with range queries, bitmaps, hyperloglogs, geospatial indexes, and streams.您觉。Redis具有內(nèi)置復(fù)制、Lua腳本授滓、LRU eviction琳水、事務(wù)和不同級別的磁盤持久性，并通過Redis Sentinel和Redis Cluster的自動分區(qū)提供高可用性般堆。

一在孝、Redis基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1. 字符串 （String）

字符串類型是Redis中最為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲類型，它在Redis中是二進(jìn)制安全的淮摔，這意味著該類型可以接受任何格式的數(shù)據(jù)私沮，如JPEG圖像數(shù)據(jù)或json對象描述信息等。在Redis中字符串類型的value最多可以容納的數(shù)據(jù)長度是512M和橙。

常用命令：

• set key value 設(shè)置值
• get key 獲取值
• getset 將給定的值設(shè)置進(jìn)去仔燕，并返回舊值
• mget key1 key2... 獲取一個或多個key的值
• setnx key value 當(dāng)key不存在時才設(shè)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所存儲的字符串的長度

注意：

1. 字符串a(chǎn)ppend命令會使用更多的內(nèi)存
2. 整數(shù)共享：如果能使用整數(shù)，就盡量使用整數(shù)
3. 整數(shù)精度問題：redis能保證16位精度魔招，17-18位的大整數(shù)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容器晰搀。所以該類型非常適合存儲對象的信息。

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表中字段的數(shù)量
• hexists key field 查看hash表中的字段是否存在
• hdel key field1 [field2] 刪除一個或多個hash表字段

3. 列表（list）

在Redis中办斑，List類型是按照插入順序排序的字符串鏈表外恕。和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)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鳞疲，Redis將為該鍵創(chuàng)建一個新的鏈表罪郊。與此相反，如果鏈表中所有的元素均被移除建丧，那么該鍵也會被從數(shù)據(jù)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 獲取列表指定范圍的元素
• lpop key 移出并獲取列表中的第一個元素
• rpop key 移出并獲取列表中的最后一個元素
• blpop key1 [key2 ] timeout 阻塞性的移出并獲取列表的第一個元素波势，如果沒有元素就會阻塞到超時或有元素為止
• brpop key1 [key2 ] timeout 阻塞性的移出并獲取列表的最后一個元素翎朱，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(shè)置值
• ltrim key start stop 對一個列表進(jìn)行修剪，只保留指定區(qū)間的元素尺铣，區(qū)間外的都刪除掉

4. 集合（Set）

Redis 的 Set 是 String 類型的無序集合拴曲。集合成員是唯一的，這就意味著集合中不能出現(xiàn)重復(fù)的數(shù)據(jù)凛忿。Redis 中集合是通過哈希表實現(xiàn)的澈灼，所以添加，刪除店溢，查找的復(fù)雜度都是 O(1)叁熔。集合中最大的成員數(shù)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(shù)
• 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] 返回給定集合的并集
• 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 移除并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(shù)
• 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,且不允許重復(fù)的成員。不同的是每個元素都會關(guān)聯(lián)一個 double 類型的分?jǐn)?shù)床牧。redis 正是通過分?jǐn)?shù)來為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序荣回。

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?jǐn)?shù)
• zcard key 獲取有序集合中的成員數(shù)量
• zrange key start end [withscores] 通過索引區(qū)間返回有序集合中的成員
• zrevrange key start stop [WITHSCORES] 通過索引區(qū)間返回有序集合中的成員戈咳，分?jǐn)?shù)從高到低
• zrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT] 通過分?jǐn)?shù)返回有序集合指定區(qū)間內(nèi)的成員
• zrevrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT] 通過分?jǐn)?shù)返回有序集合指定區(qū)間內(nèi)的成員心软，分?jǐn)?shù)由高到低排序
• zrem key member [member ...] 移除
• zremrangebyrank key start stop 移除給定排名區(qū)間的所有成員
• zremrangebyscore key min max 移除給定分?jǐn)?shù)區(qū)間的所有成員
• zscore key member 返回有序集合中成員的分?jǐn)?shù)

二、Redis的高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1. HyperLogLog

Redis 在 2.8.9 版本添加了 HyperLogLog 結(jié)構(gòu)著蛙。Redis HyperLogLog是用來做基數(shù)統(tǒng)計的算法删铃，HyperLogLog的優(yōu)點是，在輸入元素的數(shù)量或者體積非常非常大時踏堡，計算基數(shù)所需的空間總是固定 的猎唁、并且是很小的。不過這個是估算顷蟆，有一定的誤差胖秒。

基數(shù)計算指的是統(tǒng)計一批元素中不重復(fù)元素的個數(shù)，比如UV的統(tǒng)計慕的。實現(xiàn)基數(shù)統(tǒng)計最常見的是用Set這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)阎肝。但是大數(shù)據(jù)量下Set會占用很大的存儲空間。

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(shù)估算值
• pfmerge destkey sourcekey [sourcekey ...] 將多個hyperloglog 合為一個

2. GEO

Redis GEO主要用于存儲地理位置信息肮街，并對其進(jìn)行操作风题。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(biāo)
• geopos key member [member ...] 返回指定member的經(jīng)緯度
• geodist key member1 member2 [m|km|ft|mi] 計算兩個位置的距離 后面的是單位

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(jīng)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] 同上沛硅，只不過中心位置的傳參由經(jīng)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(jīng)講過了眼刃，它可以用作大數(shù)據(jù)量的存儲，不過存儲的內(nèi)容只能是0或1. 可以使用在10億用戶的在線狀態(tài)摇肌，1代表在線擂红，0代表離線。

value值只能是0围小、1

• setbit key offset value
• getbit key offset
• bitcount key 獲取值為1的個數(shù)

三昵骤、Redis 高級特性

1. Redis事務(wù)

Redis的事務(wù)與數(shù)據(jù)庫的事務(wù)概念不同，Redis會將一個事務(wù)中的所有命令序列化,然后按順序執(zhí)行肯适。Redis不可能在一個Redis事務(wù)的執(zhí)行過程中插入執(zhí)行另一個客戶端發(fā)出的請求变秦，事務(wù)中任意命令失敗不影響其他命令的執(zhí)行，也不會回滾框舔。

2. 發(fā)布訂閱

發(fā)布訂閱是一種通信模式蹦玫，發(fā)送者發(fā)送消息，訂閱者接受消息刘绣∮８龋客戶端可以訂閱多個頻道，然后有新消息發(fā)送給頻道纬凤，訂閱該頻道的客戶端就都能收到消息饺窿。

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• 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(fā)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(zhí)行腳本移斩，Redis 2.6 版本通過內(nèi)嵌支持Lua環(huán)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)肚医。Redis Stream主要用于消息隊列，Redis本身有一個發(fā)布/訂閱功能向瓷，但是它有一個缺點肠套，消息沒有持久化，如果網(wǎng)絡(luò)中斷或宕機猖任，數(shù)據(jù)就會丟失你稚。

Redis Stream提供了消息的持久化和主備復(fù)制功能，它有一個消息鏈表朱躺，把所有加入的消息都串起來刁赖，每個消息都有唯一的ID和內(nèi)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 - + (- 代表最小值长搀，+ 代表最大值)

• xgroup [CREATE key groupname id-or-] [DESTROY key groupname] [DELCONSUMER key groupname consumername] 創(chuàng)建消費者組

從頭開始消費：

xgroup create mystream consumer-group-name 0-0

從尾部開始消費宇弛，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(shù)量
milliseconds ： 阻塞毫秒數(shù)
key ：隊列名
ID：消息id

四、Redis使用場景

1. 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)緩存

1. 通用數(shù)據(jù)緩存：String源请、list等
2. 會話緩存枪芒、token彻况、session緩存

2. 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理

1. 非嚴(yán)格一致性要求的數(shù)據(jù)
2. 業(yè)務(wù)操作去重：訂單處理的冪等校驗
3. 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)排序

3. 全局一致計數(shù)

1. 全局流控
2. 秒殺時庫存計算
3. 全局ID生成

4. 高效統(tǒng)計計數(shù)

1. id、ip等使用bitmap操作
2. 使用HyperLogLog進(jìn)行UV舅踪、PV等非精確性的統(tǒng)計

5. 發(fā)布訂閱與Stream

用于消息發(fā)布訂閱模式

6. 分布式鎖

• 獲取鎖

set key my_random_value NX PX 30000

• 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

五纽甘、Redis的Java客戶端

1. Jedis

基于BIO、線程不安全抽碌，需要配置連接池管理連接

2. Lettuce

目前主流推薦的驅(qū)動悍赢，基于Netty NIO，API線程安全

3. Redission

基于Netty NIO货徙，API線程安全左权。大量豐富的分布式功能，如分布式的基本數(shù)據(jù)類型和鎖破婆。

六涮总、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（可以配置基于Jedis胸囱、Lettuce祷舀、Redisson），封裝了基本的redis命令烹笔。

2. SpringBoot接入（默認(rèn)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

• 啟用Spring Cache

@EnableCaching

• 方法上添加緩存注解

 @Override
    @Cacheable(value = "userCache")
    public User getUser(Integer id) {
        return userMapper.getUser(id);
    }

• 配置redisCache

@Configuration
public class CacheConfig {

    @Bean
    public RedisCacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
        return RedisCacheManager.create(redisConnectionFactory);
    }
}

番外：

• Redis到底是單線程裳扯，還是多線程？

這個問題有坑谤职。首先Redis作為一個進(jìn)程來講是多個線程的饰豺。比如Redis通過多線程方式在后臺刪除對象、以及通過 Redis模塊實現(xiàn)的阻塞命令等.單線程的地方在于探測哪個接收完了請求數(shù)據(jù)->數(shù)據(jù)處理->返回數(shù)據(jù)允蜈。而其他耗時操作是用了其他線程冤吨。

探測哪個客戶端的請求接受完了，使用的是IO多路復(fù)用模型饶套，“多路”是指多個網(wǎng)絡(luò)連接漩蟆，“復(fù)用”是復(fù)用同一個線程。

image

• 為什么IO模塊在Redis6之前是單線程妓蛮？
  因為Redis是基于內(nèi)存的操作怠李，CPU不是瓶頸，瓶頸在于機器內(nèi)存的大小或網(wǎng)絡(luò)帶寬蛤克。
• Redis6之后的多線程是什么捺癞？

IO模型使用了多線程的NIO模型，內(nèi)存處理線程也還是單線程构挤。

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