Redis String类型

ikun666662023-12-01 12:29

String 类型是 Redis 最基本的数据类型，String 类型在 Redis 内部使用动态长度数组实现，Redis 在存储数据时会根据数据的大小动态地调整数组的长度。Redis 中字符串类型的值最大可以达到 512 MB。

关于字符串需要特别注意∶

  1. 首先，Redis 中所有的键的类型都是字符串类型，而且其他几种数据结构也都是在字符串类似基础上构建的，例如列表和集合的元素类型是字符串类型，所以字符串类型能为其他4种数据结构的学习奠定基础。
  2. 其次，字符串类型的值实际可以是字符串，包含一般格式的字符串或者类似 JSON 、XML 格式的字符串；数字，可以是整型或者浮点型；甚至是二进制流数据，例如图片、音频、视频等。不过一个字符串的最大值不能超过 512 MB。

字符串数据类型

由于 Redis 内部存储字符串完全是按照二进制流的形式保存的，所以 Redis 是不处理字符集编码问题的，客户端传入的命令中使用的是什么字符集编码，就存储什么字符集编码。

String常见命令

set和get

set

将string类型的value设置到key中。如果key之前存在，则覆盖，无论原来的数据类型是什么。之前关于此key的TTL也全部失效。

语法：

sql 复制代码 
SET key value [expiration EX seconds|PX milliseconds] [NX|XX]

时间复杂度：O(1)

选项： SET命令支持多种选项来影响它的行为：

  • EX seconds ------使用秒作为单位设置key的过期时间。
  • PX milliseconds------使用毫秒作为单位设置key的过期时间。
  • NX ------只在key不存在时才进行设置，即如果key之前已经存在，设置不执行(返回nil)。
  • XX ------只在key存在时才进行设置(相当于更新key)，即如果key之前不存在，设置不执行。

注意：由于带选项的SET命令可以被SETNX、SETEX、PSETEX等命令代替，所以之后的版本中，Redis可能进行合并。

返回值：

  • 如果设置成功，返回OK
  • 如果由于SET指定了NX或者XX但条件不满足，SET不会执行，并返回(nil)

示例：

sql 复制代码 
redis> exists mykey
(integer) 0
redis> set mykey "Hello"
OK
redis> get mykey
"Hello"
redis> set mykey "World" NX
(nil)
redis> del mykey
(integer) 1
redis> exists mykey
(integer) 0
redis> set mykey "World" XX
(nil)
redis> get mykey
(nil)
redis> set mykey "World" NX
OK
redis> get mykey
"World"
redis> set mykey "Will expire in 10s" EX 10
OK
redis> get mykey
"Will expire in 10s"
redis> get mykey # 10秒之后
(nil)

get

获取key对应的value。如果key不存在，返回nil。如果value的数据类型不是string，会报错。

语法：

sql 复制代码 
GET key

时间复杂度：O(1)

返回值：key对应的value，当key不存在，返回nil。

示例：

sql 复制代码 
redis> get nonexisting
(nil)
redis> set mykey "Hello"
"OK"
redis> get mykey
"Hello"
redis> del mykey
(integer) 1
redis> exists mykey
(integer) 0
redis> hset mykey name Bob   #创建一个哈希类型
(integer) 1
redis> get mykey   #获取非string类型出现报错
(error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value

mget和mset

mget

一次性获取多个key的值。如果对应的key不存在或者对应的数据类型不是string，返回nil。

语法：

sql 复制代码 
MGET key [key ...]

时间复杂度：O(N) N是key数量

返回值：对应value的列表

示例：

sql 复制代码 
redis> set key1 "hello"
OK
redis> set key2 "world"
OK
redis> mget key1 key2 nonexisting
1) "hello"
2) "world"
3) (nil)

mset

MSET命令用于同时设置一个或多个键值对。这个命令会覆盖已存在的键值对。使用MSET能够优化网络性能，因为一次的网络请求就可以完成多个键值对的设置，而不是逐个发送SET命令。

语法：

sql 复制代码 
MSET key value [key value ...]

时间复杂度：O(N) N 是 key 数量

返回值：永远是 OK

示例：

sql 复制代码 
redis> mset key1 "hello" key2 "world"
OK
redis> mget key1 key2
1) "hello"
2) "world

多次 get vs 单次 mget：

使用 mget / mset 由于可以有效地减少了网络时间，所以性能相较更高。

学会使用批量操作，可以有效提高业务处理效率，但是要注意，每次批量操作所发送的键的数量也不是无节制的，否则可能造成单一命令执行时间过长，导致Redis阻塞。

setnx，setex，psetex

setnx

SETNX命令用于设置一个键值对，但是只有当这个键不存在的时候才会进行设置，如果键已经存在，那么SETNX不会做任何操作

语法：

sql 复制代码 
SETNX key value

时间复杂度：O(1)

返回值：1 表示设置成功。0 表示没有设置。

示例：

sql 复制代码 
redis> setnx mykey "hello"
(integer) 1
redis> setnx mykey "world"
(integer) 0
redis> get mykey
"hello"

setex

该命令用于设置键值对，并指定该键值对的生存时间（TTL，Time-To-Live）。在指定的时间后，Redis将自动删除该键值对。

语法：

sql 复制代码 
SETEX key seconds value

时间复杂度：O(1)

返回值：成功返回OK，执行遇到错误，（例如，设置的生存时间（TTL）不是数字或者 TTL 为负数），Redis 将返回一个出错信息。

示例：

sql 复制代码 
redis> setex session 10 "abc123"
OK
redis> get session
"abc123"
redis> ttl session
(integer) 5
redis> get session  #10s之后
(nil)

redis> setex session -1 "hello"
(error) ERR invalid expire time in setex   #出现错误，返回错误信息

psetex

psetex和setex的用法相同，唯一不同的是psetex的单位是毫秒。

计数命令

incr和incrby

incr：将key对应的string表示的数字加一。如果key不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的string不是一个整型或者范围超过了64位有符号整型，则报错。

语法：

sql 复制代码 
INCR key

时间复杂度：O(1)

返回值：integer类型的加完后的数值。

示例：

sql 复制代码 
redis> exists mykey
(integer) 0
redis> incr mykey
(integer) 1
redis> set mykey "10"
"OK"
redis> incr mykey
(integer) 11
redis> set mykey "234293482390480948029348230948"
"OK"
redis> incr mykey
(error) value is not an integer or out of range
redis> set mykey 'not a number'
"OK"
redis> incr mykey
(error) value is not an integer or out of range

incrby：将key对应的string表示的数字加上对应的值。如果key不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的string不是一个整型或者范围超过了64位有符号整型，则报错。

语法：

sql 复制代码 
INCRBY key decrement

时间复杂度：O(1)

返回值：integer 类型的加完后的数值。

示例：

sql 复制代码 
redis> exists mykey
(integer) 0
redis> incrby mykey 3
(integer) 3
redis> set mykey "10"
"OK"
redis> incrby mykey 3
(integer) 13
redis> incrby mykey "not a number"
(error) ERR value is not an integer or out of range
redis> set mykey "234293482390480948029348230948"
"OK"
redis> incrby mykey 3
(error) value is not an integer or out of range
redis> set mykey 'not a number'
"OK"
redis> incrby mykey 3
(error) value is not an integer or out of range

decr和decrby

decr：将key对应的string表示的数字减一。如果key不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的string不是一个整型或者范围超过了64位有符号整型，则报错。

语法：

sql 复制代码 
DECR key

时间复杂度：O(1)

返回值：integer 类型的减完后的数值。

示例：

sql 复制代码 
redis> exists mykey
(integer) 0
redis> decr mykey
(integer) -1
redis> set mykey "10"
"OK"
redis> decr mykey
(integer) 9
redis> set mykey "234293482390480948029348230948"
"OK"
redis> decr mykey
(error) value is not an integer or out of range
redis> set mykey 'not a number'
"OK"
redis> decr mykey
(error) value is not an integer or out of range

decrby：将key对应的string表示的数字减去对应的值。如果key不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的string不是一个整型或者范围超过了64位有符号整型，则报错。

语法：

sql 复制代码 
DECRBY key decrement

时间复杂度：O(1)

返回值：integer 类型的减完后的数值。

示例：

bash 复制代码 
redis> exists mykey
(integer) 0
redis> decrby mykey 3
(integer) -3
redis> set mykey "10"
"OK"
redis> decrby mykey 3
(integer) 7
redis> decrby mykey "not a number"
(error) ERR value is not an integer or out of range
redis> set mykey "234293482390480948029348230948"
"OK"
redis> decrby mykey 3
(error) value is not an integer or out of range
redis> set mykey 'not a number'
"OK"
redis> decrby mykey 3
(error) value is not an integer or out of range

incrbyfloat

将key对应的string表示的浮点数加上对应的值。如果对应的值是负数，则视为减去对应的值。如果key不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的不是string，或者不是一个浮点数，则报错。允许采用科学计数法表示浮点数。

语法：

sql 复制代码 
INCRBYFLOAT key increment

时间复杂度：O(1)

返回值：加/减完后的数值。

示例：

sql 复制代码 
redis> set mykey 10.50
"OK"
redis> incrbyfloat mykey 0.1
"10.6"
redis> incrbyfloat mykey -5
"5.6"
redis> set mykey 5.0e3    #5000
"OK"
redis> incrbyfloat mykey 2.0e2  #200
"5200"

很多存储系统和编程语言内部使用CAS机制实现计数功能，会有一定的CPU开销，但在Redis中完全不存在这个问题，因为Redis是单线程架构，任何命令到了Redis服务端都要顺序执行。

其他命令

append

如果key已经存在并且是一个string，命令会将value追加到原有string 的后边。如果key不存在，则效果等同于SET命令。

语法：

sql 复制代码 
APPEND KEY VALUE

时间复杂度：O(1) 追加的字符串一般长度较短, 可以视为 O(1)

返回值：追加完成之后 string 的长度。注意这里的长度单位是字节

redis的字符串，不会对字符编码做任何处理，也就是说redis不认识字符，只认识字节

示例：

sql 复制代码 
redis> exists mykey
(integer) 0
redis> append mykey "Hello"
(integer) 5
redis> get mykey
"Hello"
redis> append mykey " World"
(integer) 11
redis> get mykey
"Hello World"

redis> append mykey 你好世界
(integer) 23
redis> get mykey
"hello world\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd\xe4\xb8\x96\xe7\x95\x8c"

为什么这里的输出结果"你好世界"输出的结果没有符合预期

"你好世界" 这个字符串是由 4 个 UTF-8 编码的汉字组成，每个汉字占用 3 个字节，总共占用 12 个字节。

当使用 GET 命令获取 "mykey" 的值时，看到的是编码后的 "你好世界" 字符串的字节序列。这个字节序列以十六进制进行了转义

如何解决呢？

在启动redis客户端的时候，加上一个--raw这样的选项，就可以使redis客户端额能够自动的把二进制数据尝试翻译。

sql 复制代码 
[nullptr@bogon Code]$ redis-cli --raw
redis> flushall
OK
redis> append mykey "hello"
5
redis> append mykey " world"
11
redis> append mykey " 你好世界"
23
redis> get mykey
hello world 你好世界

getrange

返回key对应的string的子串，由start和end确定（左闭右闭)。可以使用负数表示倒数。-1代表倒数第一个字符，-2代表倒数第二个，其他的与此类似。超过范围的偏移量会根据string 的长度调整成正确的值。

语法：

sql 复制代码 
GETRANGE key start end

时间复杂度：O(N) N 为[start, end]区间的长度。由于string通常比较短,可以视为是O(1)

返回值: string类型的子串

示例：

sql 复制代码 
redis> set mykey "This is a string"
"OK"
redis> getrange mykey 0 3
"This"
redis> getrange mykey -3 -1
"ing"
redis> getrange mykey 0 -1
"This is a string"
redis> getrange mykey 10 100
"string

注意：如果字符串保存的是汉字，此时进行子串切分，很可能切出来的就不是一个完整的汉字了。

示例：

sql 复制代码 
127.0.0.1:6379> set mykey "你好世界"
OK
127.0.0.1:6379> get mykey
你好世界
127.0.0.1:6379> getrange mykey 0 3
你�

setrange

覆盖字符串的一部分，从指定的偏移开始。

语法：

sql 复制代码 
SETRANGE key offset value

时间复杂度：O(N) N为value的长度.由于一般给的value 比较短,通常视为O(1)。

返回值：替换后的string的长度。

示例：

sql 复制代码 
redis> set key1 "Hello World"
"OK"
redis> setrange key1 6 "Redis"
(integer) 11
redis> get key1
"Hello Redis"

注意：和getrange一样，如果当前value是一个中文字符串，进行setrange的时候，是可能出现问题的

setrange针对不存在的key也是可以操作的，不过会把offset之前的内容填充成0x00

strlen

获取key对应的string的长度(单位是字节)。当key存放的类似不是string时，报错。

语法：

sql 复制代码 
STRLEN key

时间复杂度：O(1)

返回值：string的长度。或者当key不存在时，返回0。

示例：

bash 复制代码 
redis> set mykey "hello world"
OK
redis> strlen mykey
11
redis> set mykey "你好世界"
OK
redis> strlen mykey
12

命令小结

String内部编码

字符串类型的内部编码有3种：

  • int：8个字节的长整型。
  • embstr：小于等于39个字节的字符串。
  • raw：大于39个字节的字符串。

Redis会根据当前值的类型和长度动态决定使用哪种内部编码实现。

整型类型示例如下：

sql 复制代码 
127.0.0.1:6379> set key 6379
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key
"int"

短字符串示例如下：

sql 复制代码 
# ⼩于等于 39 个字节的字符串
127.0.0.1:6379> set key "hello"
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key
"embstr"

长字符串示例如下：

sql 复制代码 
# ⼤于 39 个字节的字符串
127.0.0.1:6379> set key "one string greater than 39 bytes ........"
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key
"raw"

String使用场景

缓存（Cache）功能

Redis + MySQL 组成的缓存存储架构 ：

上图是比较典型的缓存使用场景，其中Redis作为缓冲层，MySQL作为存储层，绝大部分请求的数据都是从Redis中获取。由于Redis具有支撑高并发的特性，所以缓存通常能起到加速读写和降低后端压力的作用。

下面的伪代码模拟了业务数据访问过程：

1）假设业务是根据用户uid获取用户信息

cpp 复制代码 
UserInfo getUserInfo(long uid) {
 ...
}

2）首先从Redis获取用户信息，我们假设用户信息保存在"user:info:"对应的键中:

cpp 复制代码 
// 根据 uid 得到 Redis 的键
String key = "user:info:" + uid;
// 尝试从 Redis 中获取对应的值
String value = Redis 执⾏命令：get key;
// 如果缓存命中（hit）
if (value != null) {
 // 假设我们的⽤⼾信息按照 JSON 格式存储
 	UserInfo userInfo = JSON 反序列化(value);
 	return userInfo;
}

3）如果没有从Redis中得到用户信息，及缓存miss，则进一步从MySQL中获取对应的信息，随后写入缓存并返回:

cpp 复制代码 
// 如果缓存未命中（miss）
if (value == null) {
 // 从数据库中，根据 uid 获取⽤⼾信息
 UserInfo userInfo = MySQL 执⾏ SQL：select * from user_info where uid = <uid>
 
 // 如果表中没有 uid 对应的⽤⼾信息
 if (userInfo == null) {
 响应 404
 	return null;
 }
 
 // 将⽤⼾信息序列化成 JSON 格式
 String value = JSON 序列化(userInfo);
 
 // 写⼊缓存，为了防⽌数据腐烂（rot），设置过期时间为 1 ⼩时（3600 秒） Redis 执⾏命令：set key value ex 3600
 
 // 返回⽤⼾信息
 	return userInfo;
}

通过增加缓存功能，在理想情况下，每个用户信息，一个小时期间只会有一次MySQL查询，极大地提升了查询效率，也降低了MySQL的访问数。

与MySQL等关系型数据库不同的是，Redis没有表、字段这种命名空间，而且也没有对键名有强制要求（除了不能使用一些特殊字符)。但设计合理的键名，有利于防止键冲突和项目的可维护性，比较推荐的方式是使用"业务名:对象名:唯一标识:属性"作为键名。例如

MySQL的数据库名为vs，用户表名为user_info，那么对应的键可以使用"vs:user_info:6379"、"vs:user_info:6379:name"来表示，如果当前Redis只会被一个业务使用，可以省略业务名"vs:"。如果键名过程，则可以使用团队内部都认同的缩写替代，例如"user:6379:friends:messages:5217"可以被"u:6379🇫🇷m:5217"代替。毕竟键名过长，还是会导致 Redis的性能明显下降的。

计数（Counter）功能

许多应用都会使用Redis作为计数的基础工具，它可以实现快速计数、查询缓存的功能，同时数据可以异步处理或者落地到其他数据源。如图所示，例如视频网站的视频播放次数可以使用Redis来完成：用户每播放一次视频，相应的视频播放数就会自增1。

cpp 复制代码 
// 在 Redis 中统计某视频的播放次数
long incrVideoCounter(long vid) {
 	key = "video:" + vid;
 	long count = Redis 执⾏命令：incr key
 	return counter;
 }

实际中要开发一个成熟、稳定的真实计数系统，要面临的挑战远不止如此简单：防作弊、按照不同维度计数、避免单点问题、数据持久化到底层数据源等。

共享会话（Session）

如图所示，一个分布式Web服务将用户的Session信息（例如用户登录信息）保存在各自的服务器中，但这样会造成一个问题：出于负载均衡的考虑，分布式服务会将用户的访问请求均衡到不同的服务器上，并且通常无法保证用户每次请求都会被均衡到同一台服务器上，这样当用户刷新一次访问是可能会发现需要重新登录，这个问题是用户无法容忍的。

Session分散存储：

为了解决这个问题，可以使用Redis将用户的Session信息进行集中管理，如下图所示，在这种模式下，只要保证Redis是高可用和可扩展性的，无论用户被均衡到哪台Web服务器上，都集中从Redis 中查询、更新Session信息。

Redis集中管理 Session：

手机验证码

很多应用出于安全考虑，会在每次进行登录时，让用户输入手机号并且配合给手机发送验证码，然后让用户再次输入收到的验证码并进行验证，从而确定是否是用户本人。为了短信接口不会频繁访问，会限制用户每分钟获取验证码的频率，例如一分钟不能超过5次。

此功能可以用以下伪代码说明基本实现思路：

cpp 复制代码 
String 发送验证码(phoneNumber) {
    key = "shortMsg:limit:" + phoneNumber;
    // 设置过期时间为 1 分钟（60 秒）
    // 使⽤ NX，只在不存在 key 时才能设置成功
    bool r = Redis 执⾏命令：set key 1 ex 60 nx if (r == false) {
        // 说明之前设置过该⼿机的验证码了
        long c = Redis 执⾏命令：incr key if (c > 5) {
            // 说明超过了⼀分钟 5 次的限制了
            // 限制发送
            return null;
        }
    }

    // 说明要么之前没有设置过⼿机的验证码；要么次数没有超过 5 次
    String validationCode = ⽣成随机的 6 位数的验证码();

    validationKey = "validation:" + phoneNumber;
    // 验证码 5 分钟（300 秒）内有效
    Redis 执⾏命令：set validationKey validationCode ex 300;

    // 返回验证码，随后通过⼿机短信发送给⽤⼾
    return validationCode;
}
// 验证⽤⼾输⼊的验证码是否正确
bool 验证验证码(phoneNumber, validationCode) {
    validationKey = "validation:" + phoneNumber;

    String value = Redis 执⾏命令：get validationKey;
    if (value == null) {
        // 说明没有这个⼿机的验证码记录，验证失败
        return false;
    }

    if (value == validationCode) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

以上介绍了使用Redis的字符串数据类型可以使用的几个场景，但其适用场景远不止于此，开发人员可以结合字符串类型的特点以及提供的命令，充分发挥自己的想象力，在自己的业务中去找到合适的场景去使用Redis的字符串类型。

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