Redis基础

为什么要使用Redis

  • 读写性能优异

  • 数据类型丰富

  • 原子性

  • 丰富的特性

  • 持久化

  • 发布订阅模式

  • 分布式

使用场景

热点数据缓存

缓存是Redis最常见的应用场景，之所有这么使用，主要是因为Redis读写性能优异。

作为缓存使用时，一般两种方式保存数据：

  • 读取前，先去读Redis，如果没有数据，读取数据库，将数据拉入Redis。

  • 插入数据时，同时写入Redis。

方案一：实施起来简单，但是有两个需要注意的地方：

  • 避免缓存穿透。（数据库没有，redis也没有，会给数据库造成很大的压力）

  • 数据的实时性会差一点

方案二：数据实时性强，但是开发时不便于统一处理

方案一适合对于数据实时性要求不是特别高的场景。方案二适用于字典表、数据量不大的数据存储。

限时业务的运用

redis可以使用expire命令设置一个键的生存时间，到时间后redis会删除它。利用这一特性可以运用在限时的优惠活动信息、手机验证码等业务场景。

计数器相关问题

redis的incrby命令可以实现原子性的递增，可以运用于高并发的秒杀活动、分布式序列号的生成、具体业务还有限制一个手机号发多少条短信、一个接口一分钟限制多少请求、一个接口一天限制调用多少次等等。

分布式锁

这个主要利用redis的setnx命令进行。set if not exists

延时操作

比如订单的超时时间。通过设置一个key，10分钟过期，后期实现监听器，如果key失效，则还原库存

排行榜相关问题

关系型数据库在排行榜方面查询速度普遍较慢，所以可以借助redis的SortedSet进行热点数据的排序

点赞、好友等相互关系的存储

Redis 利用集合的一些命令，比如求交集、并集、差集等。

在微博应用中，每个用户关注的人存在一个集合中，就很容易实现求两个人的共同好友功能

简单队列

由于Redis有list push和list pop这样的命令，所以能够很方便的执行队列操作。

Redis基础数据类型

redis所有的key都是字符串。我们讨论基础数据结构时，讨论的是存储值的数据类型，主要包括常见的5种数据类型

  • String

    • 可以是字符串、整数或浮点数。

    • 对整个字符串或字符串的一部分进行操作；对整数或浮点数进行自增或自减操作

  • List

    • 一个链表，链表上每一个节点都包含一个字符串

    • 对链表的两顿进行push和pop操作，读取单个或多个元素；根据值查找or删除元素

  • Set

    • 包含字符串的无序集合

    • 字符串的集合，包含基础的方法：查看是否存在，添加、获取、删除；还包括计算交集、并集、差集等

  • Zset

    • 和Hash一样，用于存储键值对

    • 字符串成员与浮点数之间的有序映射；元素的排列顺序由分数的大小决定；

    • 包含方法有添加、获取、删除单个元素以及根据分值范围或成员来获取元素

  • Hash

    • 包含键值对的无须散列表

    • 添加、获取、删除单个元素

String字符串

redis的String类型是二进制安全的，意思是redis的string可以包含任何数据。如数字、字符串，jpg图片或者序列化的对象

常用的命令如下：

  • get

  • set

  • del

  • incr

  • decr

  • incrby 将键存储的值加上整数

  • decrby 将键存储的值减去整数

可以通过set命令为一个key绑定一个数值类型，然后使用incr等指令进行增加和减少

使用场景

  • 缓存：经典使用场景，把常用信息、字符串、图片或者视频等信息放到redis种，redis作为缓存层，mysql做持久化，降低mysql的读写压力

  • 计数器：redis是单线程模型，一个命令执行完才会执行下一个，同时数据可以一步落地到其他的数据源。

  • session：常见的方案为spring session + redis实现session共享

List列表

Redis中的列表其实就是链表（Redis使用双端链表实现List）

使用List结构，我们可以轻松实现最新消息排队功能。List的另外一个应用就是消息队列，可以利用List的Push操作，将任务存放在list中，然后工作线程用pop操作将任务取出执行。

常用的命令

  • rpush 给定值推入到列表右端

  • lpush

  • rpop

  • lpop

  • lrange 获取列表再给定范围上的所有值。这里也是元素的下标范围

  • lindex 通过索引获取列表中的元素。 这里的索引是元素在list中的下标

  • lpush+ltrim = Capped Collection（有限集合）

  • lpush+brpop = Message Queue（消息队列）

ltrim是删除list某个下标范围内的数据

brpop是获取并删除list的最后一个元素，如果列表为空，则阻塞列表或者直到超时。

使用场景

  • 微博的timeline

  • 消息队列

Set集合

Redis的Set是String类型的无序集合。集合成员是唯一的，这意味着集合中不能出现重复的数据

常用命令：

  • sadd

    • 向集合添加一个或者多个成员

  • scard

    • 获取集合的成员数

  • smembers

    • 返回集合中的所有成员

  • sismember

    • 判断member元素是否是集合key的成员

使用场景

  • 标签（tag），给用户添加标签，或者用户给消息添加标签，这样有同一标签或者类似标签的可以给推荐关注的事或者关注的人。

  • 点赞，或点踩，收藏等，可以放到set中实现。

Hash散列

Redis hash 是一个string类型的field（字段）和value（值）的映射表，hash特别适合用户存储对象

常用命令

  • hset 添加键值对

    • hset usermap name hao

  • hget

  • hgetall,获取散列中包含的所有键值对

  • hdel，如果给定键存在于散列中，那么就移除这个键

使用场景

缓存：能直观，相比string更节省空间，的维护缓存信息，如用户信息，视频信息等。

Zset有序集合

Redis有序集合和集合一样也是string类型元素的集合，且不允许重复的成员。不同的是每一个元素都会关联一个double类型的分数。redis证书通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。

有序集合的成员是唯一的，但分数（score）却可以重复。有序集合是通过两种数据结构实现：

  1. 压缩列表（ziplist）：ziplist是为了提高存储效率而设计的一种特殊编码的双向链表。它可以存储字符串或整数，存储整数时是采用整数的二进制而不是字符串形式存储。它能够在O1的时间复杂度下完成list两端的push和pop操作。但是因为每次操作都需要分配ziplist的内存，所以实际时间复杂度和ziplist的内存使用量有关。

  2. 跳跃表（zSkiplist）：跳跃表的性能可以保证在查找、删除、添加等操作的时候在对数学期望时间内完成，这个性能是可以和平衡树来相比较的，而且在实现方面比平衡树要优雅，这是采用跳跃表的主要原来。跳跃表的复杂度为O（log（n））

常用命令

  • zadd 将一个带有给定分值的成员添加到有序集合方面。

  • zrange 根据元素在有序集合中所处的位置，从有序集合中获取多个元素。

  • zrem 如果给定元素成员存在于有序集合中，那么移除这个元素。

HyperLogLogs（基数统计）

基数是指不重复元素。

解决什么问题

这个结构可以非常省内存的去统计各种基数，比如注册IP数，每日访问IP数，页面实时UV，在线用户数，共同好友数等。

它一个基于基数估算的算法，只能比较准确的估算出基数，可以使用少量固定的内存去存储并识别集合中的唯一元素。而且这个估算的基数并不一定准确，是一个带有 0.81% 标准错误的近似值。

使用命令

  • pfdd 命令

  • pfcount 统计元素的基数数量

  • pfmerage 合并两个组

  • pfcount

Bitmap（位存储）

Bitmap即位图数据结构，都是操作二进制来进行记录，只有0和1两个状态。

主要统计用户信息，活跃，不活跃！登录，未登录！打卡，不打卡！两个状态的，都可以Bitmaps！

使用命令：

  • setbit key offset value

  • getbit key offset

  • bitcount sign

geospatial(地理位置)

// todo

Stream

从功能上看，Stream是Redis对消息队列的完善和实现。

基于Redis的消息队列实现有很多种，例如：

  • pub/sub，订阅/发布模式

    • 但是发布订阅模式是无法持久化的，如果出现网络断开、Redis宕机等，消息就会被丢弃。

  • 基于List Lpush+brpop 或者 基于Sorted-set的实现

    • 支持了持久化，但是不支持多播，分组消费等。

结构

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  • Consumer Group：消费组，一个消费组有多个消费者（Consumer），这些消费者之间是竞争关系。

  • last_delivered_id ：游标，每个消费组会有个游标last_delivered_id，任意一个消费者

  • pending_ids：消费者（Consumer)的状态变量，作用是维护消费者的未确定的id。pending_ids记录了当前已经被客户端读取的消息，但是还没有被 ack。如果客户端没有ack，这个变量里面的消息ID会越来越多，一旦某个消息被ack，它就开始减少。这个pending_ids变量在Redis官方被称为PEL，也就是Pending Entries list。它用来确保客户端至少消费了消息一次，而不会在网络传输的中途丢失了没有处理。

此外还有两点：

  • 消息ID：消息ID的形式是timestampInMillis-sequence，即1527846880572-5是指在1527846880572时产生，且是第五条消息

  • 消息内容：消息内容即为键值对。

增删改查

  • XADD - 添加消息到末尾

  • XTRIM - 对流进行修剪，限制长度

  • XDEL - 删除消息

  • XLEN - 获取流包含的元素数量，即消息长度

  • XRANGE - 获取消息列表，会自动过滤已经删除的消息

  • XREVRANGE - 反向获取消息列表，ID 从大到小

  • XREAD - 以阻塞或非阻塞方式获取消息列表

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