[redis] redis 快速入门

环境准备在 Ubuntu 安装 redis

① 使用 apt 安装

apt install redis -y

② 检查 redis 是否正常运行

netstat -anp | grep redis

③ 远程连接配置

vim /etc/redis/redis.conf 打开 Redis 配置文件

修改 bind127.0.0.1 监听地址，允许所有IP访问 bind 0.0.0.0

关闭保护模式，允许无密码远程访问） protected-mode no

保存并退出 : esc 并输入 :wq

④ 重启 Resid 服务 , 让配置生效

systemctl restart redis-server

⑤ 验证是否生效

netstat-anp|grep redis

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一. 通用命令(部分) :

1. 键（Key）管理命令

KEYS pattern：(返回 key 值)

查找所有匹配给定模式的键（例如 KEYS * 会列出当前库所有键）。注意：该命令时间复杂度较高，在生产环境中应谨慎使用，以免阻塞服务器。

返回值: 匹配的 key ;

例如 :

127.0.0.1:6379> set key1 1
OK
127.0.0.1:6379> keys key1
key1

EXISTS key [key ...]：(key 值存在个数)

判断一个或多个键是否存在。

返回值 : key 值匹配的个数 ; (如果传入相同的 key 会, 也会统计个数)

例如 :

127.0.0.1:6379> set key1 name
OK
127.0.0.1:6379> exists key1
1

DEL key [key ...]：(删除 key)

删除一个或多个指定的键。

返回值 : 删除 key 的个数, (如果一次删除多个值时, 有些 key 不存在, 强行删除并不会报错)

例如 :

127.0.0.1:6379> set key1 name
OK
127.0.0.1:6379> del key1
1

TYPE key：(key 类型)

查看指定键存储的数据类型（如 string、hash、list 等）。

返回值 : key 对应的数据类型

示例 :

127.0.0.1:6379> set key1 demo1
OK
127.0.0.1:6379> type key1
string

2. 过期时间管理

EXPIRE key seconds：(设置过期时间)

为键设置过期时间（单位：秒）。

返回值 : 1 表示成功, 0 表示失败

示例 :

127.0.0.1:6379> set key1 name
OK
127.0.0.1:6379> expire key1 10
1

PEXPIRE key milliseconds：

为键设置过期时间（单位：毫秒）。

大体同上

TTL key：

查看键的剩余存活时间（单位：秒）

返回值 : 剩余过期时间 ; (-1 表示没有关联过期时间, -2 表示 key 不存在)

示例 :

127.0.0.1:6379> set key1 name
OK
127.0.0.1:6379> expire key1 10
1
127.0.0.1:6379> ttl key1
6																# 倒计时
127.0.0.1:6379> ttl key1
5
127.0.0.1:6379> ttl key1
-2															# key已经不存在
127.0.0.1:6379> 

PTTL key：

查看键的剩余存活时间（单位：毫秒）

大体同上

PERSIST key：

移除键的过期时间，使其变为永久有效。

返回值 : 1 表示成功移除, 0 表示 key 不存在或没有过期时间

示例 :

127.0.0.1:6379> set key1 name
OK					
127.0.0.1:6379> expire key1 100			
1
127.0.0.1:6379> ttl key1		
97						# 剩余过期时间
127.0.0.1:6379> persist key1
1							# 移除过期时间成功
127.0.0.1:6379> ttl key1
-1						# 不存在过期时间

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二. 5种常用数据类型

Redis 提供了 5 种基础数据类型，每种类型在对外提供统一操作命令的同时，在底层会根据数据量的大小和类型，动态选择不同的内部编码（Encoding），以实现内存空间和查询性能的极致平衡。

1. String（字符串）

String 是 Redis 最基础的数据类型，可存储字符串、整数、浮点数甚至序列化的对象，单个 Value 最大容量为 512MB

常用命令：

• SET key value：设置键值对（支持 EX 秒级过期、NX 仅当不存在时设置等选项）
• GET key：获取指定键的值。
• INCR key**/** DECR key：将键中的数值原子性地递增 1 或递减 1
• APPEND key value：向字符串末尾追加内容，返回追加后的总长度
• GETRANGE key start end：获取指定区间的子串（区间为左闭右闭，支持负数下标）

底层数据结构与编码：

String 的底层基于**简单动态字符串（SDS）**实现，包含 len（已用长度）、alloc（分配长度）和 buf（字节数组），具备 O(1) 获取长度、二进制安全等特性。根据存储内容的不同，分为 3 种内部编码：

1. int****编码：当存储的字符串可以表示为 64 位有符号整数时，直接将整数值存入指针位，无需额外分配内存
2. embstr****编码：当存储短字符串（长度 ≤ 44 字节）时，RedisObject 和 SDS 结构被分配在一块连续的内存中，减少了内存碎片和分配次数
3. raw****编码：当存储长字符串（长度 > 44 字节）时，RedisObject 和 SDS 分开分配内存，支持字符串的修改操作

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2. Hash（哈希）

Hash 是 field-value 的映射表，非常适合用于存储对象（如用户信息），支持单独读写某个字段

常用命令：

• HSET key field value：设置哈希表中指定字段的值
• HGET key field：获取指定字段的值
• HMGET key field1 field2：批量获取多个字段的值
• HGETALL key：获取哈希表中所有的字段和值（大 Key 慎用，易阻塞）
• HINCRBY key field increment：为指定字段的整数值加上增量

底层数据结构与编码：

Redis 会根据字段数量和单值大小，在紧凑连续内存和标准哈希表之间自动切换：

1. listpack****编码 （Redis 7.0 前为 ziplist）：当字段数量 ≤ 512 且所有字段和值的长度均 ≤ 64 字节时触发。它将 field 和 value 交替平铺在一块连续内存中，极其节省内存，但查找需要线性扫描，时间复杂度为 O(N)
2. hashtable**(dict) 编码** ：当数据量超过上述阈值时，Redis 会将其转换为标准的哈希表。采用"数组+链表"解决哈希冲突，增删改查时间复杂度均为 O(1)，且支持渐进式 Rehash（将扩容时的数据迁移分散到后续的读写请求中，避免阻塞主线程）

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3. List（列表）

List 是有序的字符串列表，允许重复元素，常用于实现消息队列或记录列表

常用命令：

• LPUSH key element**/** RPUSH key element：从左侧（头部）或右侧（尾部）插入元素
• LPOP key**/** RPOP key：从左侧或右侧弹出并返回元素
• LRANGE key start stop：获取指定区间内的元素
• BLPOP key timeout**/** BRPOP key timeout：阻塞式弹出，若列表为空则阻塞等待，是构建消息队列的核心命令

底层数据结构与编码：

从 Redis 3.2 开始，List 统一使用 quicklist**（快速列表）** 编码（早期为 ziplist + linkedlist 混合）

• quicklist****结构 ：宏观上是一个双向链表，但每个链表节点内部又是一个 ziplist（Redis 7.0 后为 listpack）。这种"分段连续存储"的设计既保留了链表两端插入/弹出 O(1) 的高效性，又大幅降低了指针带来的内存碎片开销，兼顾了空间和时间

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4. Set（集合）

Set 是无序的字符串集合，元素不允许重复，常用于去重、交集/并集运算及随机抽奖

常用命令：

• SADD key member：向集合中添加一个或多个元素
• SMEMBERS key：返回集合中的所有元素
• SINTER key1 key2：返回多个集合的交集
• SRANDMEMBER key count：随机返回集合中的指定数量元素

底层数据结构与编码：

Set 的底层编码根据元素类型和数量动态切换：

1. intset**（整数集合）**：当集合中所有元素都是整数，且数量 ≤ 512 个时使用。它将元素按从小到大排序存储在连续内存中，极度紧凑
2. listpack****编码（Redis 7.2 新增）：当元素为短字符串，且数量 ≤ 128、单值 ≤ 64 字节时使用，用于替代部分 hashtable 场景以降低内存开销
3. hashtable**(dict) 编码**：当不满足上述紧凑存储条件时自动转换。此时 Set 复用了 Hash 类型的字典结构，只是 value 指针固定为 NULL，查找时间复杂度为 O(1)

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5. ZSet / Sorted Set（有序集合）

ZSet 在 Set 的基础上为每个元素增加了一个 score（分数），元素按 score 从小到大排序，常用于排行榜、延迟队列等场景

常用命令：

• ZADD key score member：添加元素及其分数
• ZRANGE key start stop：按排名（从小到大）返回区间内的元素
• ZRANGEBYSCORE key min max：按分数区间返回元素
• ZRANK key member：返回指定元素的排名（从 0 开始）

底层数据结构与编码：

ZSet 的底层同样根据数据规模动态切换：

1. listpack****编码 （Redis 7.0 前为 ziplist）：当元素数量 ≤ 128 且单个元素长度 ≤ 64 字节时使用。将 member 和 score 成对紧凑存储在连续内存中，节省空间但操作需遍历
2. skiplist**(跳表) +** hashtable**(字典) 组合**：当数据量超过阈值时触发

• • 跳表（SkipList）：通过多层索引链表实现 O(logN) 的按分数范围查询和排序
  • 字典（Dict） ：以 member 为 key、score 为 value，实现 O(1) 的按成员查分数（如 ZSCORE 命令）。
  • 这两个结构共享同一份数据节点（通过指针引用），避免了内存的重复浪费

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三. 浅谈redis 性能为什么快

Redis 之所以能够保持极高的性能，核心在于其架构设计巧妙地避开了传统数据库的瓶颈。结合其"单线程"架构，Redis 的高性能主要由以下四大核心设计支撑：

1. 纯内存操作，消除 I/O 瓶颈

这是 Redis 快的最根本原因。与将数据存储在磁盘上的传统数据库不同，Redis 将所有数据存储在内存（RAM）中

2. 核心命令单线程，极致降低系统开销

虽然 Redis 并非绝对意义上的单线程进程（例如后台持久化、异步删除等由子线程/进程处理），但其核心网络 I/O 和命令执行逻辑是由单个主线程串行处理的。这种设计带来了巨大的性能优势：

• 避免锁竞争：单线程天然保证了命令执行的原子性，无需引入复杂的互斥锁、读写锁等机制，避免了多线程环境下的锁竞争和死锁风险
• 消除上下文切换：避免了多线程调度时频繁的上下文切换（每次切换约微秒级）带来的 CPU 性能损耗，CPU 可以纯粹且连续地专注于业务逻辑
• 利用 CPU 缓存：单线程频繁访问内存中的数据，数据通常能保留在 CPU 缓存中，大幅降低了内存访问延迟

3. IO 多路复用，单线程支撑高并发

既然核心是单线程，Redis 是同时处理成千上万个客户端连接在于 IO 多路复用（如 epoll/kqueue）+ 事件驱动模型。

• 非阻塞 I/O：主线程运行一个事件循环，将所有的客户端套接字（Socket）注册到多路复用 API 中
• 按需处理：该机制只返回活跃的、有读写事件发生的连接，无需遍历所有连接。这使得单个线程就能高效地监听和处理数万个并发连接，完美解决了 C10K 问题

4. 高效的数据结构与简单的协议

• 定制化数据结构：Redis 底层采用了大量高度优化的 C 语言数据结构（如 SDS、跳表、压缩列表、哈希表等），并针对不同数据规模动态选择最优编码，使得绝大多数操作的时间复杂度维持在 O(1) 或 O(logN)
• 协议简单：Redis 采用 RESP（Redis Serialization Protocol）文本协议，解析开销极低

延伸：Redis 6.0 之后的多线程

值得注意的是，从 Redis 6.0 开始，官方引入了多线程机制。但这仅仅是将网络 I/O 的读写（接收请求、解析协议、响应结果）交由多线程并行处理 。其核心的命令执行阶段，依然严格保持单线程串行执行。这是因为 Redis 的性能瓶颈通常在于网络 I/O 而非 CPU 计算，引入多线程 I/O 旨在进一步提升网络吞吐，同时完美保留了单线程模型无锁、无上下文切换的核心优势