本文内容

• redis概述
• redis应用场景
• 单线程架构简介
• 全局命令讲解
• 五种数据类型讲解

redis概述

        redis是一种键值对的nosql数据库，值可以支持字符串（string），哈希（hash），列表（list），集合（set），有序集合（zset）等数据结构。redis是将数据存放到内存中，因此读写速度很快，另外还能将内存中数据持久化到硬盘，保证数据不会丢失。除了redis支持的5中数据结构，还有许多额外的额功能，比如键过期功能实现缓存，发布订阅功能实现消息系统等。
        redis之所以速度快，官方数据是读写性能10万/秒，原因在于：1，redis是用C语言实现的；2，redis是单线程架构，减少了多线程竞争的开销，避免线程切换和锁机制；3，非阻塞IO，redis使用epoll多路复用技术，使得不会在网络IO上浪费太多时间。
        redis对外有五种数据结构（string，hash，list，set，zset），每种数据结构都有两种以上的内部编码实现，可以通过命令object encoding查看

127.0.0.1:6379> object encoding h
"embstr"

这样的设计有两个好处，1，改进内部编码时，对外部无影响；2，不同的编码在不同的场景下有不同的优势。

redis使用场景

        1，redis可用于缓存，大部分的大型网站都需要缓存层，为了保护存储层，使用缓存能加快访问速度，降低后端服务器数据源的压力,2，可用于排行榜系统，可根据list和zset数据结构，方便的构建排行榜系统,3，可应用于计数器应用，4，订阅发布，消息系统

redis单线程

        redis使用的是单线程架构和IO多路复用实现高性能的内存数据库，每次客户端调用命令都是经过三个过程：发送命令、执行命令、返回结果。由于单线程架构，一条命令达到服务端的时候不会立刻执行，所有的命令都会进入到一个队列中排队执行，不会有两个命令同时执行的情况。但是注意，单线程情况下，如果一个命令执行时间过长，会对其他命令造成阻塞，对整个redis服务造成影响。

redis常用命令

全局命令

        RedisDesktopManager是一种redis的可视化工具，使用非常简单。

• 查看所有键keys *

127.0.0.1:6379> keys *
 1) "a,1"
 2) "a:2"
 3) "aa"
 4) "z"
 5) "a:1"
 6) "b"
 7) "z1"
 8) "c"
 9) "s1"
10) "s"
11) "h"

• 键总数dbsize
  dbsize不会遍历所有的键，而是直接获取redis内置的键总数变量，时间复杂度O(1)，而keys 命令会遍历所有键，时间复杂度O(n)，请谨慎使用。

127.0.0.1:6379> dbsize
(integer) 11

• 检查键是否存在exists
  1 代表存在，0代表不存在

127.0.0.1:6379> exists a
(integer) 0
127.0.0.1:6379> exists b
(integer) 1

• 删除键 del
  若删除一个不存在的键会返回0，也可以同时删除多个键

127.0.0.1:6379> exists d
(integer) 1
127.0.0.1:6379> del d
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists d
(integer) 0
127.0.0.1:6379> del a b c
(integer) 3

• 键过期 expire
  为键添加有效期，如以下 10秒后自动删除键。

127.0.0.1:6379> expire c 10
(integer) 1
127.0.0.1:6379> exists c
(integer) 0

• 键的数据结构类型 type，如果键不存在，返回none

127.0.0.1:6379> type h
string

字符串（string）

        字符串是redis数据结构中最基础的，其他数据结构都是在其之上构建的。字符串类型的值，可以是字符串（string，json，xml等），数字（int，float），二进制等，但是请注意，最大不能超过512MB

常用命令

• 设置值 set
  set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx|xx]

127.0.0.1:6379> set hello world
OK

选项：
-ex 设置秒级别的过期时间
-px 设置毫秒级别的过期时间
-nx：键必须不存在，才可以设置成功，用于添加。
-xx：与nx相反，键必须存在，才可以设置成功，用于更新。
除set命令，还有setnx，setex,作用和选项-ex，-nx作用一样。

setex key seconds value
setnx key value

127.0.0.1:6379> set a test
OK
127.0.0.1:6379> setnx a test   # 由于a键已经存在，所以设置失败
(integer) 0
127.0.0.1:6379> set a test1 XX # 由于a键已经存在，所以更新成功
OK

• 获取值 get

127.0.0.1:6379> get a
"test1"
127.0.0.1:6379> get a1
(nil)

• 批量设置值 mset
  mset key value [key value ...]

127.0.0.1:6379> mset k1 v1 k2 v2
OK

• 批量获取值 mget
  mget key [key ...]

127.0.0.1:6379> mget k1 k2
1) "v1"
2) "v2"

批量操作能提高效率，执行时间较短，但是使用批量操作时，要注意数量，防止过多造成网络阻塞，或者redis阻塞。

• 计数 incr
  incr命令用于自增操作，键不存在时，创建一个，返回1。除了自增，还有自减命令（decr）

127.0.0.1:6379> incr key1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> incr key1
(integer) 2

字符串类型的内部编码有三种，int：8字节的长整形，embstr：小于等于39字节的字符串，raw：大于39字节的字符串。
redis根据具体场景选择不同的编码。

使用场景

• 缓存
  通过设置键的过期时间等作为后端的缓存层，降低后端压力
• 计数
  字符串类型有incr自增，可作为计数器使用
• 共享数据
  如分布式web服务器共享session
• 限制
  SET key value EX 60 NX
  通过过期时间和NX选项达到限速功能，比如每分钟最多访问多少次，可以结合应用代码实现。

哈希（hash）

        hash是形如键值对的类型，比如python中的字典。

常用命令

• 设置值 hset
  时间复杂度O(1)
  hset key field value

127.0.0.1:6379> hset user:1 name z
(integer) 1

同样，也有hsetnx命令，作用同string的setnx

• 获取值 hget
  时间复杂度O(1)
  hget key field

127.0.0.1:6379> hget user:1 name
"z"

• 删除 hdel
  时间复杂度O(n)
  hdel key field [field ...]
  删除指定key下的一个或者多个field。
• 计算filed的个数 hlen
  hlen key
• 批量设置和获取
  时间复杂度O(k)
  hmget key field [field ...] # 可以获取指定key下的一个或者多个field。
  hmset key field value [field value ...] # 可以设置指定key下的一个或者多个field。
• 判断field是否存在 hexists
  时间复杂度O(1)
  hexists key field
• 获取所有field
  时间复杂度O(n)
  hkeys key

127.0.0.1:6379> hkeys user:1
1) "name"

• 获取所有value
  时间复杂度O(n)
  hvals key

127.0.0.1:6379> hvals user:1
1) "z"

• 获取所有field-value
  时间复杂度O(n)
  hgetall key
  注意，使用hgetall时，如果元素过多，存在阻塞redis的风险，如果一定要使用，可以使用hscan命令，渐进遍历。

127.0.0.1:6379> hgetall user:1
时间复杂度O(n)
1) "name"
2) "z"

同样，hash也有好几种内部编码，根据不同场景选择合适的。

使用场景

• 缓存
  比如缓存用户信息时，每个用户有很多属性，比字符串更加直观，但是会消耗更多的内存。

列表（list）

        list可以用于存储多个有序的字符串，一个list最多可以存储2**32-1个元素。可以充当队列和栈。开发中有很多使用场景。

常用命令

• 添加 插入 查找
  rpush key value [value ...] #从右边插入n个元素 时间复杂度O(n)
  lpush key value [value ...] #从左边插入n个元素 时间复杂度O(n)
  linsert key before|after p value # 向元素为p的前或者后插入value 时间复杂度O(n)
  lrange key start end # 查找元素 时间复杂度O(s+n) s是start的偏移量，n是范围值
  lindex key index # 获取指定下标元素 时间复杂度O(n)
  llen key # 获取list长度 时间复杂度O(1)

127.0.0.1:6379> rpush l a s 1
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lpush l k n
(integer) 5
127.0.0.1:6379> linsert l before k k1
(integer) 6

127.0.0.1:6379> lrange l 0 -1
1) "n"
2) "k1"
3) "k"
4) "a"
5) "s"
6) "1"

• 删除
  lpop key # list左侧弹出 时间复杂度O(1)
  rpop key # list右侧弹出 时间复杂度O(1)
  lrem key count value # 删除指定元素 count>0:从左到右，删除最多count个元素；
  count<0:从右到左，删除最多count的绝对值个元素；count，删除所有。 时间复杂度O(n)
  ltrim key start end # 按照范围裁剪，保留start到end的元素 时间复杂度O(n)
  lset key index newValue # 修改指定index的元素 时间复杂度O(n)

127.0.0.1:6379> lpop l
"n"
127.0.0.1:6379> rpop l
"1"
127.0.0.1:6379> lrem l 1 k
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lrange l 0 -1
1) "k1"
2) "a"
3) "s"
127.0.0.1:6379> ltrim l 0 1
OK
127.0.0.1:6379> lrange l 0 -1
1) "k1"
2) "a"
127.0.0.1:6379> lset l 0 k2
OK
127.0.0.1:6379> lrange l 0 -1
1) "k2"
2) "a"

阻塞操作：
blpop key [key ...] timeout #list空时，timeout时间内返回，当timeout=0，无限阻塞下去. 时间复杂度O(1)
brpop key [key ...] timeout
如在一个客户端执行
127.0.0.1:6379> brpop list:test 3
另一个客户端做插入动作，观察第一个客户端情况。

使用场景

• 消息队列
  lpush+brpop组合命令可以实现阻塞队列。
  lpush+lpop组合命令可以实现栈等

集合（set）

        set也是可以用于存储多个有序的字符串，但是里面的元素是无序的，而且没有重复的。一个set里最多有2**32-1个元素，set除了增删改查，还有交集并集的操作。

常用命令

• 添加 删除 查找 判断
  sadd key element [element ...] #往集合添加n个元素。时间复杂度O(n)
  srem key element [element ...] #删除集合中n个元素。时间复杂度O(n)
  scard key #计算元素个数。 时间复杂度为O（1）
  sismember key element # 判断元素是否在集合中。时间复杂度O(1)
  srandmember key [count] # 随机返回count个元素 默认为1。时间复杂度O(count)
  spop key # 弹出元素。时间复杂度O(1)
  smembers key # 获取所有元素。时间复杂度O(n)

127.0.0.1:6379> sadd s a b c 1 2 3
(integer) 6
127.0.0.1:6379> srem s b
(integer) 1
127.0.0.1:6379> scard s
(integer) 5
127.0.0.1:6379> sismember s a
(integer) 1
127.0.0.1:6379> srandmember s 3
1) "c"
2) "3"
3) "a"
127.0.0.1:6379> spop s
"1"
127.0.0.1:6379> smembers s
1) "c"
2) "2"
3) "3"
4) "a"

• 集合间操作
  sinter key [key ...] # 多个集合交集。时间复杂度O(m*k),m是键数，k是多个set中元素最少的个数
  suinon key [key ...] # 多个集合并集。时间复杂度O(n)
  sdiff key [key ...] # 多个集合差集。时间复杂度O(n)
  sinterstore destination key [key ...] # 保存交集结果到destination
  suionstore destination key [key ...] # 保存并集结果到destination
  sdiffstore destination key [key ...] # 保存差集结果到destination

127.0.0.1:6379> smembers s
1) "c"
2) "2"
3) "3"
4) "a"
127.0.0.1:6379> sadd s1 1 2 3 a b c
(integer) 4
127.0.0.1:6379> sinter s s1
1) "c"
2) "2"
3) "3"
4) "a"
127.0.0.1:6379> sunion s s1
1) "6"
2) "1"
3) "c"
4) "5"
5) "2"
6) "3"
7) "b"
8) "a"
127.0.0.1:6379> sdiff s s1
(empty list or set)
127.0.0.1:6379> sdiff s1 s
1) "6"
2) "5"
3) "1"
4) "b"
127.0.0.1:6379> sinterstore d1 s s1
(integer) 4
127.0.0.1:6379> smembers d1
1) "2"
2) "3"
3) "c"
4) "a"

使用场景

• 用户标签（无重复特性）
• 随机数
  spop/srandmember 命令组合生成随机数

有序集合（zset）

        有序集合保留了set的无重复特性，但是比之多一个特点是有序，给每个元素设置一个score作为排行依据，score的值可以重复。

常用命令

• 添加
  zadd key [NX|XX] [CH] [INCR] score member [score member ...] # 添加n个成员。复杂度为O（log（n））
  nx和xx选项和string上面的等意义一样
  ch选项返回此次操作，有序集合元素和分数发生变化的个数
  incr选项对score做增加

127.0.0.1:6379> zadd zs 2 a 20 b 200 c
(integer) 3

• 计算成员
  zcard key # 获取元素个数。复杂度为O（1）
  zscore key member # 获取元素的分数
  zrank key member # 获取元素排名
  zrevrank key member # 获取元素排名反向
  zincrby key increment member # 增加元素分数
  zrange key start end [withscores] # 返回指定排名范围的成员
  zrevrange key start end [withscores]

127.0.0.1:6379> zadd zs 2 a 20 b 200 c
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zcard zs
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zscore zs b
"20"
127.0.0.1:6379> zrank zs b
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zincrby zs 30 b
"50"
127.0.0.1:6379> zrange zs 1 3
1) "b"
2) "c"

• 删除
  zrem key member [member ...] # 删除n个元素

• 集合操作
  交集并集差集

参考书

《redis开发与运维（付磊）》