Redis之基本使用

基本介绍

　　Redis是一种key-value存储形式的非关系型数据库，也是一个强大的内存型存储系统，但是它比传统的Memcached 更灵活，支持更多的数据类型，同时也可以持久化。据官方数据表示Redis读的速度是110000次/s,写的速度是81000次/s 。而且Redis支持数据持久化，众多数据结构存储，master-slave模式数据备份等多种功能。

支持的数据类型

　　先通过一张图了解下Redis内部内存管理中是如何描述这些不同数据类型的:

　　首先Redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value，redisObject最主要的信息如上图所示：type代表一个value对象具体是何种数据类型，encoding是不同数据类型在redis内部的存储方式，比如：type=string代表value存储的是一个普通字符串，那么对应的encoding可以是raw或者是int，如果是int则代表实际redis内部是按数值型类存储和表示这个字符串的，当然前提是这个字符串本身可以用数值表示，比如:"123" "456"这样的字符串。

这里需要特殊说明一下vm字段，只有打开了Redis的虚拟内存功能，此字段才会真正的分配内存，该功能默认是关闭状态的。通过上图我们可以发现Redis使用redisObject来表示所有的key/value数据是比较浪费内存的，当然这些内存管理成本的付出主要也是为了给Redis不同数据类型提供一个统一的管理接口，实际作者也提供了多种方法帮助我们尽量节省内存使用。

String

　　String数据结构是简单的key-value类型，value其实不仅是String，也可以是数字。

　　常用命令：get、set、incr、decr、mget等。

　　应用场景：String是最常用的一种数据类型，普通的key/ value 存储都可以归为此类，即可以完全实现目前 Memcached 的功能，并且效率更高。还可以享受Redis的定时持久化，操作日志及 Replication等功能。除了提供与 Memcached 一样的get、set、incr、decr 等操作外，Redis还提供了下面一些操作：

• 获取字符串长度
• 往字符串append内容
• 设置和获取字符串的某一段内容
• 设置及获取字符串的某一位（bit）
• 批量设置一系列字符串的内容

Hash

　　在Memcached中，我们经常将一些结构化的信息打包成hashmap，在客户端序列化后存储为一个字符串的值，比如用户的昵称、年龄、性别、积分等，这时候在需要修改其中某一项时，通常需要将所有值取出反序列化后，修改某一项的值，再序列化存储回去。这样不仅增大了开销，也不适用于一些可能并发操作的场合（比如两个并发的操作都需要修改积分）。而Redis的Hash结构可以使你像在数据库中Update一个属性一样只修改某一项属性值。

常用命令：hget,hset,hgetall 等。

应用场景：

我们简单举个实例来描述下Hash的应用场景，比如我们要存储一个用户信息对象数据，包含以下信息：

用户ID为查找的key，存储的value用户对象包含姓名，年龄，生日等信息，如果用普通的key/value结构来存储，主要有以下2种存储方式：

　　第一种方式将用户ID作为查找key,把其他信息封装成一个对象以序列化的方式存储，这种方式的缺点是，增加了序列化/反序列化的开销，并且在需要修改其中一项信息时，需要把整个对象取回，并且修改操作需要对并发进行保护，引入CAS等复杂问题。

第二种方法是这个用户信息对象有多少成员就存成多少个key-value对儿，用用户ID+对应属性的名称作为唯一标识来取得对应属性的值，虽然省去了序列化开销和并发问题，但是用户ID为重复存储，如果存在大量这样的数据，内存浪费还是非常可观的。

那么Redis提供的Hash很好的解决了这个问题，Redis的Hash实际是内部存储的Value为一个HashMap，并提供了直接存取这个Map成员的接口，如下图：

　　也就是说，Key仍然是用户ID, value是一个Map，这个Map的key是成员的属性名，value是属性值，这样对数据的修改和存取都可以直接通过其内部Map的Key(Redis里称内部Map的key为field), 也就是通过 key(用户ID) + field(属性标签) 就可以操作对应属性数据了，既不需要重复存储数据，也不会带来序列化和并发修改控制的问题。很好的解决了问题。

这里同时需要注意，Redis提供了接口(hgetall)可以直接取到全部的属性数据，但是如果内部Map的成员很多，那么涉及到遍历整个内部Map的操作，由于Redis单线程模型的缘故，这个遍历操作可能会比较耗时，而另其它客户端的请求完全不响应，这点需要格外注意。

List 

常用方法：

　　Lists 就是链表，略有数据结构知识的人都应该能理解其结构。使用Lists结构，我们可以轻松地实现最新消息排行等功能。Lists的另一个应用就是消息队列，可以利用Lists的PUSH操作，将任务存在Lists中，然后工作线程再用POP操作将任务取出进行执行。Redis还提供了操作Lists中某一段的api，你可以直接查询，删除Lists中某一段的元素。

　　Redis的list是每个子元素都是String类型的双向链表，可以通过push和pop操作从列表的头部或者尾部添加或者删除元素，这样List即可以作为栈，也可以作为队列。

Sets

Sets 就是一个集合，集合的概念就是一堆不重复值的组合。利用Redis提供的Sets数据结构，可以存储一些集合性的数据。

Set是集合，是String类型的无序集合，set是通过hashtable实现的，概念和数学中个的集合基本类似，可以交集，并集，差集等等，set中的元素是没有顺序的。

常用方法：

Sorted Sets

　和Sets相比，Sorted Sets增加了一个权重参数score，使得集合中的元素能够按score进行有序排列，比如一个存储全班同学成绩的Sorted Sets，其集合value可以是同学的学号，而score就可以是其考试得分，这样在数据插入集合的时候，就已经进行了天然的排序。可以用Sorted Sets来做带权重的队列，比如普通消息的score为1，重要消息的score为2，然后工作线程可以选择按score的倒序来获取工作任务。让重要的任务优先执行。　

常用方法：

java中jedis操作不同数据类型的常用命令

pub/sub

发布订阅，类似于消息队列mq。可以选择对某个Key进行订阅，一旦这个key发布了一些消息，则所有订阅了这个Key的对象就可以收到这个消息。主要可以用在实时消息系统上，例如聊天之类的。

Transactions

NoSQL不支持事务，但是通过提供了打包执行的功能，即这个包里面的所有命令必须要一起执行，此外还可以锁定某个Key，在打包执行命令时如果检测到这个Key发生了变化，则直接回滚。

持久化方案

redis默认开启的RDB持久化方式，但是如果开始了AOF方式，那么在系统重启时优先冲AOF文件中回复数据

Redis只RDB持久化和AOF持久化

数据淘汰策略

　　长期将Redis作为缓存使用，难免会遇到内存空间存储瓶颈，当Redis内存超出物理内存限制时，内存数据就会与磁盘产生频繁交换，使Redis性能急剧下降。此时如何淘汰无用数据释放空间，存储新数据就变得尤为重要了。对此，Redis在生产环境中，采用配置参数maxmemory 的方式来限制内存大小。当实际存储内存超出maxmemory 参数值时会执行配置的淘汰策略。Redis 确定驱逐某个键值对后，会删除这个数据，并将这个数据变更消息发布到本地（AOF 持久化）和从机（主从连接）。但是我们要注意redis的删除策略和淘汰策略是有区别的。

• volatile-lru：从设置过期时间的数据集(server.db[i].expires)中挑选出最近最少使用的数据淘汰。没有设置过期时间的key不会被淘汰，这样就可以在增加内存空间的同时保证需要持久化的数据不会丢失。

• volatile-ttl：除了淘汰机制采用LRU，策略基本上与volatile-lru相似，从设置过期时间的数据集(server.db[i].expires)中挑选将要过期的数据淘汰，ttl值越大越优先被淘汰。

• volatile-random：从已设置过期时间的数据集(server.db[i].expires)中任意选择数据淘汰。当内存达到限制无法写入非过期时间的数据集时，可以通过该淘汰策略在主键空间中随机移除某个key。

• allkeys-lru：从数据集(server.db[i].dict)中挑选最近最少使用的数据淘汰，该策略要淘汰的key面向的是全体key集合，而非过期的key集合。

• allkeys-random：从数据集(server.db[i].dict)中选择任意数据淘汰。

• no-enviction：禁止驱逐数据，也就是当内存不足以容纳新入数据时，新写入操作就会报错，请求可以继续进行，线上任务也不能持续进行，采用no-enviction策略可以保证数据不被丢失，这也是系统默认的一种淘汰策略。

• allkeys-lfu 从数据集（server.db[i].dict）中挑选使用频率最小的数据淘汰，该策略要淘汰的key面向的是全体key集合，而非过期的key集合。

• volatile-lfu 从设置过期时间的数据集（server.db[i].expires）中挑选出使用频率最小的数据淘汰。没有设置过期时间的key不会被淘汰，这样就可以在增加内存空间的同时保证需要持久化的数据不会丢失

Redis内存淘汰策略，看这一篇就够了！

Redis数据过期和淘汰策略详解

Redis中LRU淘汰策略的深入分析

Redis的缓存淘汰策略LRU与LFU

优缺点

　优点：

• 速度快，因为数据存在内存中，类似于HashMap，HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1)
• 支持丰富数据类型，支持string，list，set，sorted set，hash
• 支持事务，操作都是原子性，所谓的原子性就是对数据的更改要么全部执行，要么全部不执行
• 丰富的特性：可用于缓存，消息，按key设置过期时间，过期后将会自动删除

　缺点：

redis和memcached的区别

• memcached所有的值均是简单的字符串，redis作为其替代者，支持更为丰富的数据类型
• redis的速度比memcached快很多，因为redis通过hasfMap存对象，所以再存取时不需要序列化和反序列化。
• Memecache把数据全部存在内存之中，断电后会挂掉，数据不能超过内存大小。redis可以持久化其数据
• value的大小：redis最大可以达到1GB，而memcache只有1MB
• 使用底层模型不同：它们之间底层实现方式 以及与客户端之间通信的应用协议不一样；
• Redis 是单线程，多路复用方式提高处理效率。Memcached 是多线程的，通过CPU线程切换来提高处理效率。

使用注意点

• Master写内存快照，save命令调度rdbSave函数，会阻塞主线程的工作，当快照比较大时对性能影响是非常大的，会间断性暂停服务，所以Master最好不要写内存快照。Master AOF持久化，如果不重写AOF文件，这个持久化方式对性能的影响是最小的，但是AOF文件会不断增大，AOF文件过大会影响Master重启的恢复速度。Master最好不要做任何持久化工作，包括内存快照和AOF日志文件，特别是不要启用内存快照做持久化,如果数据比较关键，某个Slave开启AOF备份数据，策略为每秒同步一次。
• 如果数据比较重要，某个Slave开启AOF备份数据，策略设置为每秒同步一次
• 为了主从复制的速度和连接的稳定性，Master和Slave最好在同一个局域网内
• 尽量避免在压力很大的主库上增加从库
• 主从复制不要用图状结构，用单向链表结构更为稳定，即：Master <- Slave1 <- Slave2 <- Slave3…
• 这样的结构方便解决单点故障问题，实现Slave对Master的替换。如果Master挂了，可以立刻启用Slave1做Master，其他不变。

使用场景

String

适用场景：适合最简单的k-v存储，类似于memcached的存储结构，短信验证码，配置信息等，就用这种类型来存储。

案例：1.微博数，粉丝数，

hash

适用场景：一般key为ID或者唯一标示，value对应的就是详情了。如商品详情，个人信息详情，新闻详情等。

案例：1.存储部分变更数据，如用户信息等

List

适用场景：因为list是有序的，比较适合存储一些有序且数据相对固定的数据。如省市区表、字典表等。因为list是有序的，适合根据写入的时间来排序，如：最新的***，消息队列等

案例：

　　1.在Redis中我们的最新微博ID使用了常驻缓存，这是一直更新的。但是我们做了限制不能超过5000个ID，因此我们的获取ID函数会一直询问Redis。只有在start/count参数超出了这个范围的时候，才需要去访问数据库。我们的系统不会像传统方式那样“刷新”缓存，Redis实例中的信息永远是一致的。SQL数据库（或是硬盘上的其他类型数据库）只是在用户需要获取“很远”的数据时才会被触发，而主页或第一个评论页是不会麻烦到硬盘上的数据库了。

取最新N个数据的操作:
记录前N个最新登陆的用户Id列表，超出的范围可以从数据库中获得。
//把当前登录人添加到链表里
ret = r.lpush("login:last_login_times", uid)

//保持链表只有N位
ret = redis.ltrim("login:last_login_times", 0, N-1)

//获得前N个最新登陆的用户Id列表
last_login_list = r.lrange("login:last_login_times", 0, N-1)

Sets

适用场景:可以简单的理解为ID-List的模式，如微博中一个人有哪些好友，set最牛的地方在于，可以对两个set提供交集、并集、差集操作。例如：查找两个人共同的好友等。

案例：

　　1.在微博应用中，可以将一个用户所有的关注人存在一个集合中，将其所有粉丝存在一个集合。Redis还为集合提供了求交集、并集、差集等操作，可以非常方便的实现如共同关注、共同喜好、二度好友等功能，对上面的所有集合操作，你还可以使用不同的命令选择将结果返回给客户端还是存集到一个新的集合中。

使用：

交集，并集，差集：(Set)
//book表存储book名称

set book:1:name    ”The Ruby Programming Language”

set book:2:name     ”Ruby on rail”

set book:3:name     ”Programming Erlang”

//tag表使用集合来存储数据，因为集合擅长求交集、并集

sadd tag:ruby 1

sadd tag:ruby 2

sadd tag:web 2

sadd tag:erlang 3

//即属于ruby又属于web的书？

 inter_list = redis.sinter("tag.web", "tag:ruby")

//即属于ruby，但不属于web的书？

 inter_list = redis.sdiff("tag.ruby", "tag:web")

//属于ruby和属于web的书的合集？

 inter_list = redis.sunion("tag.ruby", "tag:web")

获取某段时间所有数据去重值,这个使用Redis的set数据结构最合适了，只需要不断地将数据往set中扔就行了，set意为集合，所以会自动排重。

 Sorts sets

适用场景：是set的增强版本，增加了一个score参数，自动会根据score的值进行排序。比较适合类似于top 10等不根据插入的时间来排序的数据。

案例：排行榜应用，取TOP N操作

使用:

//将登录次数和用户统一存储在一个sorted set里

zadd login:login_times 5 1

zadd login:login_times 1 2

zadd login:login_times 2 3

ZADD key score member

//当用户登录时，对该用户的登录次数自增1

ret = r.zincrby("login:login_times", 1, uid)

//那么如何获得登录次数最多的用户呢，逆序排列取得排名前N的用户

ret = r.zrevrange("login:login_times", 0, N-1)

ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]

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