Redis设计与实现——Redis命令参考与高级特性

Redis命令参考

数据类型相关命令

• SET：设置键值，支持过期时间、不存在/存在条件。
• GET ：获取键值，若键不存在返回 nil。
• INCR/DECR：将键的整数值增1/减1，键不存在时初始化为0。
• MSET/MGET：批量设置/获取多个键值。
• LPUSH/RPUSH：从列表左/右侧插入元素。
• LPOP/RPOP：移除并返回列表左/右侧第一个元素。
• LRANGE：获取列表指定范围的元素。
• HSET/HGET：设置/获取哈希字段值。
• HGETALL：获取哈希所有字段和值。
• HINCRBY：哈希字段整数值增加指定数值。
• SADD/SREM：添加/移除集合元素。
• SMEMBERS：返回集合所有元素（慎用大集合）。
• SINTER/SUNION：返回多个集合的交集/并集。
• ZADD：添加带分值的成员到有序集合。
• ZRANGE/ZREVRANGE：按分值升序/降序返回有序集合成员。
• ZINCRBY：增加有序集合成员的分值。

事务与脚本

• MULTI：开启事务，后续命令入队。
• EXEC：执行事务队列中的所有命令。
• WATCH/UNWATCH：监视键变化，若被修改则事务中止。
• EVAL：执行Lua脚本，支持原子性操作。
• EVALSHA：通过SHA1执行缓存的脚本。
• SCRIPT LOAD：加载脚本到缓存，返回SHA1摘要。

持久化与备份

• SAVE：同步生成RDB快照，阻塞主线程。
• BGSAVE：异步生成RDB快照，子进程执行。
• LASTSAVE：返回最后一次成功生成RDB的时间戳。
• BGREWRITEAOF：异步重写AOF文件，优化体积。
• APPEND：追加值到键（底层AOF操作）。

集群与高可用

• SLAVEOF/REPLICAOF：将当前节点设置为指定主节点的从节点。
• CLUSTER INFO：返回集群基本信息（状态、槽分配）。
• CLUSTER NODES：列出集群所有节点的详细信息。
• CLUSTER ADDSLOTS：将指定哈希槽分配给当前节点。
• SENTINEL MASTERS：列出被监控的主节点信息。
• SENTINEL GET-MASTER-ADDR-BY-NAME：获取主节点地址。

系统管理与监控

• CLIENT LIST：列出所有客户端连接信息。
• CLIENT KILL：关闭指定客户端连接。
• INFO：返回服务器状态信息（内存、CPU、复制等）。
• SLOWLOG：查看慢查询日志。
• MONITOR：实时监控所有命令（生产环境慎用）。

高级功能

• SUBSCRIBE/PUBLISH/UNSUBSCRIBE：订阅/发布/取消订阅频道消息。
• GEOADD：添加地理位置坐标。
• GEODIST：计算两地距离。
• GEORADIUS：返回指定半径内的位置。

其他实用命令

• KEYS/SCAN ：查找匹配模式的键（SCAN 非阻塞迭代）。
• TTL/PTTL：获取键的剩余过期时间（秒/毫秒）。
• EXPIRE/PEXPIRE：设置键的过期时间（秒/毫秒）。
• TYPE：返回键的数据类型。
• DEL：删除指定键。

事务

事务的核心命令

• MULTI：标记事务开始，后续命令按顺序入队，暂不执行。
• EXEC：执行事务队列中的所有命令，返回各命令的结果。
• DISCARD：取消事务，清空命令队列。
• WATCH <key>：监视指定键，若事务执行前键被修改，则事务终止（类似 CAS 机制）。
• UNWATCH ：取消所有 WATCH 监控。

事务的特性

• 原子性 ：EXEC 执行时，所有命令按顺序一次性执行，不会被其他客户端命令打断。
• 无回滚 ：若命令入队时语法错误，事务直接拒绝执行；运行时错误（如对字符串执行 INCR）会继续执行后续命令。
• 隔离性：事务执行期间不会被其他客户端操作干扰（单线程模型保证）。
• 无持久性：是否持久化取决于 Redis 的持久化配置（RDB/AOF）。

适用场景

• 批量操作原子性：如批量更新计数器、配置项。
• 简单 CAS 操作 ：结合 WATCH 实现乐观锁，避免竞态条件（如库存扣减、余额转账）。
• 非回滚型任务：无需回滚的连续操作（如日志记录、状态标记）。

生产环境建议

• 避免长事务：事务队列命令过多会阻塞其他客户端，影响性能。
• 优先使用 Lua：复杂逻辑用 Lua 脚本替代事务，减少网络开销。
• 合理使用 WATCH：监控最少数量的键，降低冲突概率。

Lua脚本

Lua 脚本的核心优势

• 原子性：脚本整体执行，期间不会被其他命令中断，保证数据一致性。
• 减少网络开销：合并多个操作到单个脚本，减少客户端与服务端的通信次数。
• 复杂逻辑支持：支持条件判断、循环、变量等编程结构，灵活处理业务逻辑。
• 高性能：脚本在服务端执行，避免多次网络往返，提升吞吐量。

Lua 脚本的执行方式

• EVAL 命令格式 ：EVAL <script> <numkeys> [KEYS...] [ARGV...]

  • script：Lua 脚本代码。
  • numkeys ：键参数的数量（KEYS 数组长度）。
  • KEYS：键名列表（避免硬编码，通过参数传递）。
  • ARGV：额外参数列表（如数值、标志位）。

• 缓存脚本执行

  • 预加载脚本 ：SCRIPT LOAD "return redis.call('GET', KEYS[1])"
  • 通过 SHA1 执行 ：EVALSHA abcdef12345... 1 user:1

Lua 脚本与 Redis 命令的交互

• 调用 Redis 命令

  • redis.call()：执行 Redis 命令，若命令出错（如键不存在），直接返回错误并终止脚本。

    local value = redis.call('GET', KEYS[1])

  • redis.pcall()：执行 Redis 命令，出错时返回 Lua 错误表，脚本继续执行。

    local ok, result = pcall(redis.call, 'GET', KEYS[1])

• 参数传递与返回值

  • 键和参数分离 ：KEYS 和 ARGV 是 Lua 表（数组），索引从 1 开始;严格区分键和参数，避免逻辑混乱。

  • 返回值处理 ：脚本最终返回值会被转换为 Redis 协议格式（Lua表转为多行回复）；支持返回nil对应（Redis的 NULL 回复）。

Lua 脚本的使用原则

• 原子性与阻塞

  • 长时间脚本阻塞：脚本执行期间阻塞其他操作，需避免复杂循环或大量计算；单个脚本执行时间控制在ms级，必要时拆分逻辑。

• 沙盒环境限制

  • 禁用危险操作 ：无法访问文件系统、网络或调用外部命令；禁止定义全局变量（需使用 local 声明局部变量）。

• 脚本复用性

  • 参数化设计 ：键和参数通过 KEYS/ARGV 传递，避免硬编码，提高脚本通用性。

  • 版本兼容性 ：不同 Redis 版本支持的 Lua 库函数可能不同（如 redis.breakpoint() 仅限调试模式）。

排序

排序参数详解

• ASC/DESC：升序（默认）或降序排序。
• ALPHA：按字典序排序字符串元素。
• BY <pattern> ：按外部键的值排序（如 user:*:age）。
• GET <pattern>：排序后返回外部键的值（可多次使用）。
• LIMIT offset count ：分页获取结果（类似 SQL 的 LIMIT）。
• STORE <key>： 将排序结果存入新键（列表类型）。

排序的工作原理

• 数据加载 ：从列表、集合或有序集合中提取元素；若使用 BY 或 GET，加载外部键的值到内存。
• 排序执行 ：默认按数值比较（ALPHA 启用字符串比较）；使用快速排序算法，时间复杂度 O(N log N)。
• 结果处理 ：应用 LIMIT 分页；按 GET 返回指定数据或直接返回元素；若指定 STORE，将结果保存为新列表。

发布与订阅

核心机制

• 角色 ：
  • 发布者（Publisher） ：通过 PUBLISH <channel> <message> 发送消息到频道。
  • 订阅者（Subscriber） ：通过 SUBSCRIBE <channel> 订阅频道，或 PSUBSCRIBE <pattern> 按模式匹配订阅（如 news.*）。
  • 退订 ：UNSUBSCRIBE 或 PUNSUBSCRIBE 取消订阅。
• 消息传递 ：消息从发布者直接推送到所有订阅者，无中间存储；消息不可回溯，订阅者断开后重连会丢失未连接期间的消息。

关键命令与行为

• SUBSCRIBE channel1：订阅指定频道。
• PSUBSCRIBE news. *：按模式订阅所有以 news. 开头的频道。
• PUBLISH channel1 "Hello" ：向 channel1 发布消息 "Hello"。
• UNSUBSCRIBE：退订所有频道。

慢查询日志

核心配置参数

• slowlog-log-slower-than

  • 作用：定义慢查询的时间阈值（单位：微秒，1秒=1,000,000微秒）。

  • 示例

    config set slowlog-log-slower-than 10000  # 记录超过10毫秒的命令

• slowlog-max-len

  • 作用：设置慢查询日志的最大条目数（内存中存储，先进先出）。

  • 示例

    config set slowlog-max-len 500  # 最多保存500条慢查询记录

查看与分析慢查询日志

• SLOWLOG GET n：查看最新的n条记录（默认全部）。
• SLOWLOG LEN`：查看当前日志条目数。
• SLOWLOG RESET：清空慢查询日志。

监视器

MONITOR 的功能与使用

• 启用监控 ：客户端执行 MONITOR 后，Redis 会将该连接转为监控模式，实时打印所有命令及其参数：
• 输出格式 ：
  • 时间戳：命令执行的精确时间（秒.微秒）。
  • 客户端信息：数据库编号、客户端 IP 和端口。
  • 命令内容：完整的命令及参数。

MONITOR 的性能影响

• 高并发写入： 每个命令都会触发 MONITOR 输出，占用大量 CPU 和带宽，可能拖慢 Redis 整体性能。
• 监控客户端网络延迟：MONITOR 输出量大时，可能阻塞客户端连接，导致其他操作延迟。
• 内存消耗：Redis 需为每个监控连接维护输出缓冲区，内存压力增大。