redis小结 - 技术栈

1. Redis简介

redis全称 Remote Dictionary Service（远程字典服务）。Redis存储的都是K-V对，Redis里存放的任何一条数据都有唯一的key作为名称。Redis中，所有的key都存储在一个很大的字典中。一个Redis实例有多个库（database），可用过配置文件里的"databases"配置，库索引从0到databases-1，可以使用指令SELECT 切换到不通的库。

注意：在Redis命令行，Redis的指令不区分大小写，但是key区分大小写。

2. Redis基础数据结构

Redis有五种基础的数据结构：string、list、hash、set、zset。其中list、hash、set、zset称为容器型数据结构，容器型数据结构有两条通用规则：

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如果容器不存在，就创建一个，再进行操作。
如果容器里没有数据了，就立即删除，回收内存。

2.1 string（字符串）

string是Redis最简单的数据结构，一个key对应一个value。Redis的string实际上是使用数组实现的。

string基本指令有：

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SET：设置一个kv对，示例：SET name lily
GET：获取一个key对应的的value，示例：GET name
MSET：设置一个或多个kv对，示例：MSET name lily age 18
MGET：获取一个或多个key对应的value，示例：MGET name age
SETNX：设置一个kv对，如果该key不存在，设置成功；如果改成存在，设置失败，示例：SETNX name lilei
INCR：如果 value 是整数，还可以进行原子加一操作，示例：INCR age
DECR：如果 value 是整数，还可以进行原子减一操作，示例：DECR age

2.2 list（列表）

Redis的list是链表实现的，所以其插入删除操作非常快，时间复杂度都是O(1)，但是索引定位很慢，时间复杂度是O(n)。当list中没有元素了，该数据结构会自动删除，内存被回收。

list的基本指令有：

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LPUSH：从左边插入元素，可以插入多个。示例：LPUSH students lily lilei zhangsan
LPOP：从左边删除元素，默认删除一个元素。可以指定需要删除的个数，示例：LPOP students 5
RPUSH：从右边插入元素，用法同LPUSH
RPOP：从右边删除元素，用法同LPOP
LRANGE：列出指定范围里的元素（不会删除元素），示例：LRANGE students 0 -1
LINDEX：（时间复杂度O(n)）获取指定位置的元素，示例：LINDEX students 1
LTRIM：（时间复杂度O(n)）删除指定范围的元素，示例：LTRIM students 1 2

list常用场景：

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队列/消息队列

从list的一边push数据，从另一边pop数据，就可以作为队列或者消息队列使用。如果list里面没有数据，LPOP和RPOP不会阻塞，都会立即返回空。如果用作消息队列，消费者需要处理LPOP或RPOP立即返回空的情况，一般的做法是如果返回为空，等待一段时间，再次获取，但是等待时间不好确定，等待时间太短会拉高CPU，造成浪费；等待时间太长会降低QPS，影响性能。Redis为list设计了阻塞读指令：BLPOP、BRPOP，指令用法是BLPOP key1 [key2 ...] timeout，这里BLPOP/BRPOP里的B是blocking的意思。阻塞读在list没有数据的时候，会立即休眠，一旦有数据到了，则立刻醒过来。

栈

在list的同一边push和pop数据，就可以作为栈使用

消息队列

LPOP或者RPOP操作不会阻塞，如果list里面没有数据，LPOP和RPOP都会立即返回空，如果

2.3 hash（字典）

Redis的hash的值只能是字符串。

hash的基本指令：

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HMSET：写入数据，支持批量。示例： HMSET 001 name lily age 18，其中 001 是该条hash的key，name、age 是hash里面的field。
HMGET：获取指定hash的某个field的value。示例：HMGET 001 name
HGETALL：获取指定hash的所有数据。示例：HGETALL 001
HINCRBY ：如果hash内部的value是整型，可以使用HINCRBY进行原子加减操作（只需讲操作数设置为负数就是减法操作），示例：HINCRBY 001 age 1，HINCRBY 001 age -1

2.4 set（集合）

Redis的set是无序的。

set的基本指令：

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SADD：加入集合。示例：SADD students lily lilei
SMEMBERS：列出集合内成员。示例：SMEMBERS students
SISMEMBER：查询某个成员是否存在。示例：SISMEMBER students lily
SREM：删除某个成员。示例：SREM students lily
SCARD：获取集合长度。示例：SCARD students
SPOP：弹出成员，可以指定需要弹出的个数（不知道默认是1）。示例：SPOP students 5

2.5 zset（有序集合）

Redis的zset是一个很有特色的数据结构，一方面它是一个set，保证了内部value的唯一性，另一方面它可以给每个value赋予一个score，代表这个value的排序权重。它的内部实现采用的是"跳跃列表(skiplist)"。

zset基本指令：

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ZADD：增加成员。示例：ZADD students 95 lily 85 lilei 70 zhangsan 55 lisi
ZRANGE：正序获取指定个数的成员。示例：ZRANGE students 0 -1
ZREVRANGE：倒序获取指定个数的成员。示例：ZREVRANGE statuents 0 -1
ZRANGEBYSCORE：根据score范围获取成员，正序排列。示例：ZRANGEBYSCORE students 0 60
ZREVRANGEBYSCORE：根据score范围获取成员，倒叙排列。示例：ZREVRANGEBYSCORE students 100 0
ZREM：删除指定成员。示例：ZREM students zhangsan
ZREMRANGEBYSCORE ：按score范围删除成员。示例：ZREMRANGEBYSCORE students 0 60
ZSCORE：获取成员score。示例：ZSCORE students lilei
ZCARD：获取zset长度。示例：ZCARD students

3. Redis通用指令

3.1 EXPIRE

EXPIRE指令用于设置超时，某个key超时后会自动删除。示例：EXPIRE students 10，10秒后students将被自动删除。

超时相关指令有：

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TTL：查看剩余过期时间，单位是秒。示例：TTL students
PTTL：查看剩余过期时间，单位是豪秒。示例：PTTL students

3.2 KEYS

KEYS获取当前库所有的或者特定的key列表，支持通配符"*"。示例：KEYS *查询全部key。

3.3 SCAN

KEYS可以获取key列表，但是有两个明显的缺点：

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没有 offset、limit 参数，一次性返回所有满足条件的key。

KEYS算法是遍历算法，复杂度是O(n)，如果当前库中key很多，使用KEYS会导致Redis卡顿。

 Redis提供了SCAN指令，SCAN相比KEYS有一下特点：
    复杂度虽然也是O(n)，但是它是通过游标分步进行的，不会阻塞线程。
    提供limit参数，可以控制每次返回结果的最大条数。
    提供模式匹配功能。
    服务器不需要为游标保存状态，游标的唯一状态就是SCAN返回给客户端的游标整数。
    返回的结果可能会有重复，需要客户端去重。
    遍历的过程中如果有数据修改，改动后的数据能不能遍历到是不确定的。
    单词返回的结果是空的并不意味着遍历结束，而要看返回的游标值是否为零。

SCAN用法： SCAN cursor [MATCH pattern] [COUNT count] [TYPE type]，示例：scan 0 match s* count 5 type string。SCAN有四个参数，第一个是cursor整数值（相当于offset），第二个是key的正则模式，第三个是count（相当于limit），第四个是key的类型。第一次遍历时cursor值为0，然后将返回结果中的第一个整数值作为下一次遍历的cursor，一直遍历到返回的cursor值为0时结束。需要注意的是，每次SCAN返回的个数不一定是count，因为这个count不是限定返回结果的数量，而是限定服务器单次遍历的字典槽位数量，只要返回的cursor不是0，就表示遍历还没结束。

4. Redis进阶篇

4.1 持久化

Redis提供了两种持久化机制：一种是RBD（Redis Database），即快照；另一种是AOF（Append Only File）日志追加。RBD是一次全量备份，AOF日志是连续的增量备份。RBD是内存数据的二进制序列化形式，在存储上非常紧凑，而AOF日志记录的是内存数据修改的指令记录文本。AOF日志会慢慢变大，所以需要定期进行AOF重写，给AOF日志进行瘦身。

4.1.1 RBD

Redis使用操作系统的多进程COW（Copy On Write，写时复制）机制来实现快照持久化。Redis在持久化时fork一个子进程，快照持久化完全交给子进程来处理，父进程继续处理客户端请求。子进程刚刚产生时，和父进程共享内存里面的代码段和数据段，当父进程接收到客户端请求需要修改数据时，会利用COW机制将需要修改的页复制一份进行修改，不会改变原来的页，所以子进程看到的还是它自己产生的那一瞬间的数据（这就是叫这种持久化机制为"快照"的原因），可以安心的遍历数据进行持久化。

4.1.2 AOF

AOF日志存储的是Redis服务器的顺序指令序列，AOF日志只记录对内存进行修改的指令记录。Redis恢复的时候，只需要根据AOF日志"重放"就行了。

Redis在长期运行过程中，AOF日志会越变越大，所以需要对AOF日志进行瘦身。Redis提供了bgrewirteaof指令用于对AOF日志进行瘦身。其原理就是开辟一个子进程对内存进行遍历转换成一系列Redis的操作指令，序列化到一个新的AOF日志文件中。序列化完毕后再将操作期间发生的增量AOF日志追加到这个新的AOF日志文件中，追加完毕后就立即替代旧的AOF日志文件，瘦身工作就完成了。

当Redis对AOF日志文件进行写操作时，实际上是将内容写到了内核为文件描述符分配的一个内存缓存中，然后内核会异步将脏数据刷回到磁盘。Redis提供了不同的刷盘策略：

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定时刷盘，时间间隔可配。（如果需要开启持久化，一般采用这种方式。）
来一个指令就刷盘一次。（会影响性能）
永不主动刷盘，让操作系统决定何时刷盘。（很不安全）

4.1.3 混合持久化

将RDB文件的内容和增量的AOF日志文件存在一起，这里的AOF日志不是全量的日志，而是自快照持久化开始到持久化结束的这段时间发生的增量AOF日志。Redis重启的时候，先加载RBD的内容，再重放增量AOF日志。