redis(1): 那把瑞士军刀娓娓道来-一一网

这是我参与更文挑战的第18天，活动详情查看：更文挑战

一、前言

了解了NoSQL的发展历史，我们接下来开始揭开redis的序幕。

Redis以高超的性能，完美的文档、简洁易懂的原码和丰富的客户端库支持在开源中间件领域广受好评。

深入了解Redis的应用和实践，成为如今中高级后端开发的必备技能。

二、入门概述

2.1 它是什么？

Redis 全称 Remote Dictionary Server，中文名为远程字典服务器。redis被好多人形象的比喻成一把瑞士军刀，因为它的功能非常丰富。

查看官网介绍：

Redis 是一种开源（BSD 许可）、内存中数据结构存储，用作数据库、缓存和消息代理。Redis 提供数据结构，例如字符串、散列、列表、集合、带有范围查询的排序集合、位图、超级日志、地理空间索引和流。Redis 内置复制、Lua 脚本、LRU 驱逐、事务和不同级别的磁盘持久化，并通过 Redis Sentinel 和 Redis Cluster 自动分区提供高可用性。
复制代码

嗯嗯，看完这个，我们知道既它可以是一个数据库，也可以是缓存和消息代理中间件。它也是我们前面说的NoSQL中的键值存储数据库。

2.2 起源

2008年，意大利一家创业公司Merzia的创始人Salvatore Sanfilippo 发现了MYSQL存在的低性能问题，就决定亲自实现一个数据库，并在2009年开发完成了Redis的最初版本。短短几年后，redis便拥有了一大批的用户群体。

Redis之父网名Antirez 于2020年6月发表退役声明，短短十年左右的时间，说Redis 加速了互联网的进程也不为过，而redis的默认端口 6379 也不是随机选的，由手机键盘的 “MERZ” 的位置来决定，缘于意大利广告女郎在节目上说了一堆愚蠢的话而被他不爽，把她名字做为端口号，称为愚蠢的代名词。

2.3 redis能做什么

redis 具有以下性能：

1、速度快，性能高：基于内存操作
2、丰富的数据结构： string、list、hash、set、sortedset等不同类型
3、多语言支持
4、持久化：支持数据的持久化，可以把内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。
5、高可用和分布式：主从复制等技术

基于这些特点，redis可以做什么？

1、缓存系统

缓存热点内容，减少数据库压力。

2、计数器

记录贴子的点赞数、评论数和点击数。

3、消息队列

对消息可靠性要求不高的时候，可以基于redis来实现消息队列。

4、排行榜

对热榜帖子的id放进列表，分为总榜单和分类榜单。

5、分布式锁

常见于高并发环境，通过setnx设置lock在分布式环境下可以使用，也可以加上加锁时间。

当然，实际中可能用不到这么多需求，但是学一门技术的目的就是解决问题，所以，我们需要学习更多的redis高级特性，这样在做一些看似很难完成的任务到时候，说不定redis就可以派上用场。

2.4 redis安装

juejin.cn/post/688628…

三、五大基本类型

这部分内容是 redis 的重中之重，也是入门 redis 的最基础的内容。

reids的命令比较多，下面开始回顾。

3.1 reids-key 基础命令

127.0.0.1:6379> keys *
1) "age"
2) "name"
127.0.0.1:6379> get name
"xulei"
127.0.0.1:6379> expire name 3
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl name # 剩余时间
(integer) -2
127.0.0.1:6379> get name
(nil)
127.0.0.1:6379> exists name
(integer) 0
127.0.0.1:6379> type age
string
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3.2 string

3.2.1 内部结构

string 是 redis 中最简单的数据结构，它的内部是一个字符数组。Redis 中所有的数据结构都通过唯一的key 来获取相应的 value ，而数据类型value 就是区分这五大基本类型的地方。

string 也是我们最常用的数据结构，如图，我们常见的用途就是存储用户信息，将JSON序列化成String存储，取出时在反序列化。

redis 中的String 的字符串是动态字符串，并非我们传统的字符串数组，即它可以发生动态变换，内部结构类似于Java 的 ArrayList ，在创建初始的时候就会分配一个预分配内存，从而减少内存的频繁分配，这种字符串简称SDS（simple dynamic stirng）。

其内部定义如下：

struct sdshdr {
	// 记录buf数组中已使用字节的数量
	// 等于sds 所保存字符串的长度
	int len;
	// 等于sds所保存字符串的长度
	int free;
	// 字节数组，用于保存字符串
	char buf[];
}
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该图展示了一个SDS 实例

free 属性的值为0，表示这个SDS 没有剩余空间分配
len 表示SDS 保存了一个五字节长的字符串
buf 属性是一个char 类型的数组，最后一个字节则保存了空字符 ’ \0‘

3.2.2 空间预分配法则和惰性空间释放策略

这两种策略的目的是对未使用空间的一个利用，也就是前面讲的free属性值。

1、空间预分配：

空间预分配用于优化SDS的字符串增长操作，当SDS 的API 对一个SDS 进行修改，并且对SDS进行空间扩展的时候，程序会动态修改已分配空间值和未分配空间值。类似Java 的ArrayList的扩容。

公式如下：

1、赋值时，当len的长度小于1MB，那么len 属性等于实际的字符串长度，free 的属性值=len值，也就是扩容都是加倍的
2、赋值时，当len 的长度大于等于1MB，那么程序会分配1MB固定的未使用空间。
3、注意：字符串的最大值为512MB

2、惰性空间释放：

惰性空间释放用于优化SDS 的字符串缩短操作，即当字符串个数变少的时候，并不会立即回收多余的空间，而是把空间放在free中。这种避免了缩短字符串所需的内存重分配操作。

当然，SDS也提供相应的API，真正箱释放的时候，也会把这些多余的free释放掉，防止空间占用内存。

3.2.3 常用操作

键值对：

127.0.0.1:6379> set key1 v1
OK
127.0.0.1:6379> keys *
1) "key1"
2) "age"
127.0.0.1:6379> APPEND key1 hello
(integer) 7
127.0.0.1:6379> get key1
"v1hello"
127.0.0.1:6379> strlen key1
(integer) 7
复制代码

加减操作, 可以设置步长

127.0.0.1:6379> get views
"0"
127.0.0.1:6379> incr views
(integer) 1
127.0.0.1:6379> incr views
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get views
"2"
127.0.0.1:6379> decr views
(integer) 1
127.0.0.1:6379> incrby views 10
(integer) 11
127.0.0.1:6379> decrby views 2
(integer) 9
复制代码

字符串范围：

127.0.0.1:6379> set key1 "hello,xulei"
OK
127.0.0.1:6379> getrange key1 0 4
"hello"
127.0.0.1:6379> getrange key1 0 -1 # 获取所有的字符串
"hello,xulei"
复制代码

替换：

127.0.0.1:6379> set key2 abcd
OK
127.0.0.1:6379> get key2
"abcd"
127.0.0.1:6379> setrange key2 1 xx
(integer) 4
127.0.0.1:6379> get key2
"axxd"
复制代码

setex 和setnx：

#setex（set with expire） 设置过期时间
#setnx（set if not exist） 不存在设置

127.0.0.1:6379> setex key3 20 hualin
OK
127.0.0.1:6379> get key3
"hualin"
127.0.0.1:6379> ttl key3
(integer) 5
127.0.0.1:6379> setnx mykey redis # 如果mykey不存在，创建成功
(integer) 1
127.0.0.1:6379> keys *
1) "key1"
2) "mykey"
3) "key2"
127.0.0.1:6379> ttl key3
(integer) -2
127.0.0.1:6379> setnx mykey 1 # 如果mykey存在，创建失败
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get mykey
"redis"
复制代码

批量获取和设置：

# mset 
# mget
# msetnx 是一个原子性的操作，要么一起成功，要么一起失败

127.0.0.1:6379> mset k1 v1 k2 v2 k3 v3
OK
127.0.0.1:6379> get k1
"v1"
127.0.0.1:6379> get k2
"v2"
127.0.0.1:6379> get k3
"v3"
127.0.0.1:6379> mget k1 k2 k3
1) "v1"
2) "v2"
3) "v3"

127.0.0.1:6379> msetnx k1 v1 k4 v4
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get k4
(nil)
复制代码

对象：

set user:1 {name:zhangson,age:29}
# 设置一个user：1对象，值为json字符来保存一个对象
127.0.0.1:6379> mset user:2:name xulei user:2:age 26 
OK

########## 
# getset 先get然后set，更新的操作，并返回value
127.0.0.1:6379> getset db redis
(nil)
127.0.0.1:6379> get db
"redis"
127.0.0.1:6379> getset db mongodb
"redis"
127.0.0.1:6379> get db
"mongodb"
复制代码

3.3 List

redis 的list 实际上是一个链表结构，是双向链表，对应Java 语言中的 linkedList , 这种结构带有表头节点指针、表尾节点指针，以及链表长度等信息。因此，它也具有链表的特点，即查询慢，增删快。

Redis 的列表结构常用来做异步队列使用，一边读取入队，另一边出队。

常见应用：

127.0.0.1:6379> lpush list one
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lpush list tow
(integer) 2
127.0.0.1:6379> lpush list three
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "three"
2) "tow"
3) "one"
127.0.0.1:6379> lrange list 0 2
1) "three"
2) "tow"
3) "one"
127.0.0.1:6379> lrange list 0 1 #通过区间获取 从尾部依次往前获取
1) "three"
2) "tow"
127.0.0.1:6379> lrange list 1 2 
1) "tow"
2) "one"

127.0.0.1:6379> rpush list zero
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1 # 插入到头部
1) "three"
2) "tow"
3) "one"
4) "zero"

############# 

127.0.0.1:6379> lpop list # 移除尾部元素
"three"
127.0.0.1:6379> rpop list # 移除头部元素
"zero"
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "tow"
2) "one"


###################

# 通过下标获取某个值 lindex
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "tow"
2) "one"
127.0.0.1:6379> Lindex list 1
"one"
127.0.0.1:6379> Lindex list 0
"tow"
127.0.0.1:6379> Lindex list 2
(nil)

#######################
Llen: 返回列表的长度
127.0.0.1:6379> llen list 
(integer) 3

#####################
# lrem 移除指定的值，移除是从头部开始移除的
取关：uid
127.0.0.1:6379> lrem list 1 1
(integer) 1

127.0.0.1:6379> lrange list 0 -2
1) "2"
2) "2"
3) "1"
4) "2"
5) "2"
6) "3"
127.0.0.1:6379> lrem list 2 2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -2
1) "1"
2) "2"
3) "2"
4) "3"

###############################
# ltrim 截取list的元素，只剩下剪短后的元素，
# ltrim 1 0 # 是清空整个列表的意思，因为区间长度为负

127.0.0.1:6379> lrange list2 0 -1
1) "hello5"
2) "hello4"
3) "hello3"
4) "hello2"
5) "hello"
127.0.0.1:6379> ltrim list2 2 3
OK
127.0.0.1:6379> lrange list2 0 -1
1) "hello3"
2) "hello2"
127.0.0.1:6379> 

#################
rpoplpush # 移除列表的最后一个元素

127.0.0.1:6379> rpush mylist hello1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> rpush mylist hello2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> rpush mylist hello3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> rpush mylist hello4
(integer) 4
127.0.0.1:6379> rpush mylist hello5
(integer) 5
127.0.0.1:6379> rpoplpush mylist othorlist
"hello5"
127.0.0.1:6379> lrange mylist 0 -1
1) "hello1"
2) "hello2"
3) "hello3"
4) "hello4"
127.0.0.1:6379> lrange othorlist 0 -1
1) "hello5"

#################
# lset 将列表中指定的下标的值替换为另外一个值 更新操作

127.0.0.1:6379> lset list 0 item # 判断这个列表是否存在，
(error) ERR no such key
127.0.0.1:6379> lpush list value1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lset list 0 item
OK
127.0.0.1:6379> lrange list 0 0
1) "item"

####################
# linsert 在before和after插入 具体的值

127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "intem3"
2) "intem2"
3) "item"
127.0.0.1:6379> linsert list before "item" nimabi 
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "intem3"
2) "intem2"
3) "nimabi"
4) "item"
127.0.0.1:6379> linsert list after item hahahhahah
(integer) 5
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "intem3"
2) "intem2"
3) "nimabi"
4) "item"
5) "hahahhahah"
复制代码

3.4 set（集合）

redis 的 set 集合相当于 Java 语言里面的 HashSet ，它的内部的键值对是无序的、唯一的。它的内部实现相当于一个特殊的字典，字典中所有的value 都是一个值 NULL ，当集合中最后一个元素被移除之后，数据结构被自动删除，内存被回收。

set 中的值是不允许重复的，无序的。可以用来存储在某个活动中中奖的用户ID，可以去重作用，保证一个用户不会中奖两次。

##################################
# sadd 添加元素
# smembers ：所有的set集合
# sismember ：判断是否有该元素
# scard ：获取当前的元素

127.0.0.1:6379> sadd myset hello
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd myset xiaolei
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd myset xulei love hualin
(integer) 3
127.0.0.1:6379> smembers myset
1) "xulei"
2) "hello"
3) "love"
4) "xiaolei"
5) "hualin"
127.0.0.1:6379> sismember myset hello
(integer) 1
127.0.0.1:6379> scard myset
(integer) 5
########################################
# srem : 移除set集合元素
# SRANDMEMBER：随机抽选出一个元素

127.0.0.1:6379> srem myset hello
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SRANDMEMBER myset 
"xulei"
127.0.0.1:6379> SRANDMEMBER myset 
"hualin"
127.0.0.1:6379> SRANDMEMBER myset 
"love"

########################################
# spop ：随机删除key

127.0.0.1:6379> spop myset
"hualin"
127.0.0.1:6379> SMEMBERS myset
1) "love"
2) "xulei"
3) "xiaolei"
127.0.0.1:6379> spop myset
"love"

########################################
# 将一个指定的值，移动到另外一个集合中

127.0.0.1:6379> sadd myset hello
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd myset world
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd myset xulei
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd myset2 hualin
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd myset2 xiangni
(integer) 1
127.0.0.1:6379> smove myset myset2 xulei
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SMEMBERS myset2
1) "xulei"
2) "xiangni"
3) "hualin"

########################################
应用：微博，b站 把所有关注的人放在一个set集合中，将它的粉丝也放在一个集合中。
数字集合类：
    差集：SDIFF
    交集：SINTER
    并集：SUNION
127.0.0.1:6379> sadd key1 a
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd key1 b
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd key1 c
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd key2 c
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd key2 d
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd key2 e
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SDIFF key1 key2
1) "b"
复制代码

3.5 zset (有序列表)

zset 在set 的基础上增加了一个值，分组。set k1 v1 zset k1 score1 v1

它类似于SortedSet 和HashMap 的结合体，一方面它是一个set，保证了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，它的内部实现用的是跳转列表的数据结构。

应用场景：

zset 可以用来存储粉丝列表，value 值是粉丝的用户Id ，score 是关注事件，可以按照关注时间排序。
zset 还可以用来存储学生的成绩，value 是学生的Id ，score 是考试成绩。

实操：

##########################
# ZRANGEBYSCORE 排序 min max
# ZREVRANGE ：从大到小排序
# zrange : 从小到大排序

127.0.0.1:6379> zadd myset 1 one
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd myset 2 two 3 three
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zrange myset 0 -1
1) "one"
2) "two"
3) "three"

127.0.0.1:6379> zadd salary 2500 xiaohon
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd salary 9000 zhansan
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd salary 200 xulei
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE salary -inf +inf
1) "xulei"
2) "xiaohon"
3) "zhansan"
127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE salary -inf +inf withscores
1) "xulei"
2) "200"
3) "xiaohon"
4) "2500"
5) "zhansan"
6) "9000"
127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE salary -inf 2500 withscores
1) "xulei"
2) "200"
3) "xiaohon"
4) "2500"

127.0.0.1:6379> ZREVRANGE salary 0 -1
1) "zhansan"
2) "xiaohon"

##########################
# rem：移除rem中的元素：移除有序集合中的元素
# zcard：查看里面的元素个树
# zcount：计算区间内的个树

127.0.0.1:6379> zrange salary 0 -1
1) "xulei"
2) "xiaohon"
3) "zhansan"
127.0.0.1:6379> zrem salary xulei
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zrange salary 0 -1
1) "xiaohon"
2) "zhansan"
127.0.0.1:6379> zcard salary
(integer) 2

127.0.0.1:6379> zadd myset 1 hello
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd myset 2 world 3 xulei
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zcount myset 1 3
(integer) 3

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3.6 Hash (字典)

相当于 Java 语言里面的HashMap ，也就是数组+链表组合。

hash 结构存储多个key-value ，可以对单独的key做获取，本质上和string 类型没有太大的区别。

hash 对比 string：

1、如果存储的都是比较结构化的数据，比如用户数据缓存，特别是如果一个数据中如果字段比较多，但是每次只需要使用其中的一个或者少数的几个，使用hash 是一个好的选择，因为它提供了hget 和hmget，而无需取出所有数据在代码中处理。
2、如果数据差异很大，需要把所有数据读取出来再处理，则用string 来完成
3、hash缺点：存储消耗高于单个字符串。

基本命令实操：

#################################
# hset：存值
# hget: 取值
# hmset: 存多个值
# hmget： 取多个值
# hgetall： 获取所有的key value
# hdel: 删除指定的key
127.0.0.1:6379> hset myhash field1 xulei
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hget myhash field1
"xulei"
127.0.0.1:6379> hset myhash field1 xulei
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hget myhash field1
"xulei"
127.0.0.1:6379> hmset myhash field2 2 field3 3
OK
127.0.0.1:6379> hmget myhash field1 field2 field3
1) "xulei"
2) "2"
3) "3"
127.0.0.1:6379> hgetall myhash
1) "field1"
2) "xulei"
3) "field2"
4) "2"
5) "field3"
6) "3"
127.0.0.1:6379> hdel myhash field2
(integer) 1

#################################
# hlen:查看hash表的字段数量
# hexists： 判断指定hash是否存在
# hkeys: 查看当前所有的key
# hvals：只获得所有的value

127.0.0.1:6379> hlen myhash
(integer) 2
127.0.0.1:6379> hgetall myhash
1) "field1"
2) "xulei"
3) "field3"
4) "3"
127.0.0.1:6379> hexists myhash field1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hkeys myhash
1) "field1"
2) "field3"
127.0.0.1:6379> hvals myhash
1) "xulei"
2) "3"

################################
# hincryby ：指定增量
# hsetnx : 如果存在则不能设置

127.0.0.1:6379> hset myhash field4 4
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hincrby myhash field4 2
(integer) 6
127.0.0.1:6379> hincrby myhash field4 -4
(integer) 2
127.0.0.1:6379> 
复制代码