03Redis入门指南笔记(事务、生存时间、排序、消息通知、管道)
一:事务
1:概述
Redis中的事务(transaction)是一组命令的集合。事务同命令一样都是Redis的最小执行单位,一个事务中的命令要么都执行,要么都不执行。
事务的原理是是先将属于一个事务的所有命令都发送给Redis,然后再让Redis依次执行这些命令。比如:
127.0.0.1:> multi
OK
127.0.0.1:> sadd aset
QUEUED
127.0.0.1:> sadd aset
QUEUED
127.0.0.1:> exec
) (integer)
) (integer)
上面的代码演示了事务的使用方式。首先使用multi命令告诉Redis:“下面我发给你的命令属于同一个事务,你先不要执行,而是把它们暂时存起来”。Redis回答:“OK”。
当把所有在同一个事务中要执行的命令都发给Redis后,使用exec命令告诉Redis,将事务队列中的所有命令按照发送顺序依次执行。exec命令的返回值就是这些命令的返回值组成的列表,返回值顺序和命令的顺序相同。
Redis保证一个事务中的所有命令要么都执行,要么都不执行。如果在发送exec命令前客户端断线了,则Redis会清空事务队列,事务中的所有命令都不会执行。而一旦客户端发送了exec命令,所有的命令就都会被执行,即使此后客户端断链也没关系,因为Redis中己经记录了所有要执行的命令。
除此之外,Redis的事务还能保证一个事务内的命令依次执行而不被其他命令打断。
2:错误处理
a、语法错误,比如:
127.0.0.1:> multi
OK
127.0.0.1:> set a
QUEUED
127.0.0.1:> set b
(error) ERR wrong number of arguments for 'set' command
127.0.0.1:> errcommand c
(error) ERR unknown command 'errcommand'
127.0.0.1:> exec
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
跟在multi命令后执行了3个命令:一个正确的命令,成功加入到事务队列中;其余两个命令都有语法错误。只要有一个命令有语法错误,执行exec命令后Redis就会直接返回错误,连语法正确的命令也不会执行。
b、运行错误。运行错误指在命令执行时出现的错误,比如使用散列类型的命令操作集合类型的键,这种错误在实际执行之前Redis是无法发现的。如果事务里的一条命令出现了运行错误,事务里其他的命令依然会继续执行(包括出错命令之后的命令),示例如下:
127.0.0.1:> multi
OK
127.0.0.1:> set a
QUEUED
127.0.0.1:> sadd a
QUEUED
127.0.0.1:> set a
QUEUED
127.0.0.1:> exec
) OK
) (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
) OK
127.0.0.1:> get a
""
可见虽然命令”sadd a 2”出现了错误,但是”set a 3”依然执行了。
Redis的事务没有关系数据库事务提供的回滚功能。为此开发者必须在事务执行出错后自己收拾剩下的摊子(将数据库复原回事务执行前的状态等)。不过由于Redis不支持回滚功能,也使得Redis在事务上可以保持简洁和快速。
3:watch命令
watch命令可以监控一个或多个键,一旦有一个键被修改(或删除),整个的事务就不会执行。监控一直持续到exec命令。比如:
127.0.0.1:> set b
OK
127.0.0.1:> set a
OK
127.0.0.1:> watch a
OK
127.0.0.1:> set a
OK
127.0.0.1:> multi
OK
127.0.0.1:> set b
QUEUED
127.0.0.1:> set a
QUEUED
127.0.0.1:> set b
QUEUED
127.0.0.1:> exec
(nil)
127.0.0.1:> get a
""
127.0.0.1:> get b
""
上例中,在执行watch命令后,事务执行前,修改了a的值,所以,最后事务中的命令”set a 3”没有执行,而且命令”set b 2”和”set b 4”也没有执行。exec命令返回空结果。
执行exec命令后会取消对所有键的监控,也可以用unwatch命令来取消监控。
二:生存时间
在Redis中可以使用expire命令设置一个键的生存时间,到时间后Redis会自动删除它。 expire命令的使用方法为:”expire key seconds”,其中seconds表示键的生存时间,单位是秒。expire命令返回1表示设置成功,返回0则表示键不存在或设置失败。
如果想知道一个键还有多久的时间会被删除,可以使用ttl命令。返回值是键的剩余时间(单位是秒)。如果ttl命令返回-2,表明该key不存在,如果ttl返回-1,表明该key存在,但是没有关联超时时间。比如:
127.0.0.1:> set foo
OK
127.0.0.1:> expire foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer) -
127.0.0.1:> set bar
OK
127.0.0.1:> ttl bar
(integer) -
如果想取消键的生存时间设置(即将键恢复成永久的),可以使用persist命令。如果生存时间被成功清除则返回1;否则返回0(因为键不存在或键本来就是永久的)。比如:
127.0.0.1:> set foo
OK
127.0.0.1:> ttl foo
(integer) -
127.0.0.1:> expire foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer)
127.0.0.1:> persist foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer) -
除了persist命令之外,使用set或getset命令为键赋值也会清除键的生存时间,其他只对键值进行操作的命令(如incr、lpush、hset、zrem)均不会影响键的生存时间。比如:
127.0.0.1:> set foo
OK
127.0.0.1:> expire foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer)
127.0.0.1:> set foo
OK
127.0.0.1:> ttl foo
(integer) -
127.0.0.1:> expire foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer)
127.0.0.1:> incr foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer)
expire命令的seconds参数必须是整数,所以最小单位是1秒。如果想要更精确的控制键的生存时间应该使用pexpire命令,pexpire命令与expire命令的唯一区别是前者的时间单位是毫秒,即pexpire key 1000与expire key 1等价。
另外,pttl命令以毫秒为单位返回键的剩余时间。
还有两个命令expireat和pexpireat。expireat命令与expire命令的差别在于前者使用绝对时间表示键的生存时间。pexpireat命令与expireat命令的区别是前者的时间单位是毫秒。比如:
127.0.0.1:> set foo
OK
127.0.0.1:> expireat foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer)
127.0.0.1:> pexpireat foo
(integer)
127.0.0.1:> ttl foo
(integer)
将Redis作为缓存使用时,当服务器内存有限时,如果大量地使用缓存键且生存时间设置得过长就会导致Redis占满内存;另一方面如果为了防止Redis占用内存过大而将缓存键的生存时间设得太短,就可能导致缓存命中率过低并且大量内存白白地闲置。
实际开发中会发现很难为缓存键设置合理的生存时间,为此可以限制Redis能够使用的最大内存,并让Redis按照一定的规则淘汰不需要的缓存键,这种方式在只将Redis用作缓存系统时非常实用。
具体的设置方法为:修改配置文件的maxmemory参数,限制Redis最大可用内存大小(单位是字节),当超出了这个限制时Redis会依据maxmemory-policy参数指定的策略来删除不需要的键,直到Redis占用的内存小于指定内存。
maxmemory-policy支持的规则如下表所示:
其中的LRU(Least Recently Used)算法即“最近最少使用”,其认为最近最少使用的键在未来一段时间内也不会被用到,当需要空间时这些键是可以被删除的。
三:排序
1:sort命令
有序集合常见的使用场景是大数据排序,如游戏的玩家排行榜等。除了使用有序集合外,还可以借助Redis的sort命令,对列表类型、集合类型和有序集合类型键进行排序,并且可以完成与关系数据库中的join查询相类似的任务。比如:
127.0.0.1:> sadd set -
(integer)
127.0.0.1:> lpush list -
(integer)
127.0.0.1:> zadd zset 10.0 2.4 3.2 10.1 9.7 2.1 1.1 2.9 -
(integer)
127.0.0.1:> sort set
) "-1"
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
127.0.0.1:> sort list
) "-1"
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
127.0.0.1:> sort zset
) "-1"
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
除了可以排列数字外,sort命令还可以通过alpha参数实现按照字典顺序排列非数字元素,就像这样:
127.0.0.1:> sadd set2 a b z e x f
(integer)
127.0.0.1:> sort set2
(error) ERR One or more scores can't be converted into double
127.0.0.1:> sort set2 alpha
) ""
) ""
) ""
) "a"
) "b"
) "e"
) "f"
) "x"
) "z"
sort命令的desc参数可以实现将元素按照从大到小的顺序排列;sort命令还支持limit参数来返回指定范围的结果。用法和sql语句一样,limit offset count,表示跳过前offset个元素,并获取之后的count个元素。比如:
127.0.0.1:> sort set2 alpha desc
) "z"
) "x"
) "f"
) "e"
) "b"
) "a"
) ""
) ""
) ""
127.0.0.1:> sort set2 alpha desc limit
) "z"
) "x"
) "f"
127.0.0.1:> sort set2 alpha desc limit
) "f"
) "e"
) "b"
2:by参数
sort命令支持by参数,by参数的语法为“by 参考健”。其中参考键可以是字符串类型键或者是散列类型key的某个field(表示为key->field)。如果提供了by参数,sort命令将不再依据元素自身的值进行排序,而是针对每个元素,使用元素的值替换参考键中的第一个”*”,并获取其值,然后依据该值对元素排序。就像这样:
127.0.0.1:> sadd set a b c d e
(integer)
127.0.0.1:> hset a time
(integer)
127.0.0.1:> hset b time
(integer)
127.0.0.1:> hset c time
(integer)
127.0.0.1:> hset d time
(integer)
127.0.0.1:> hset e time
(integer)
127.0.0.1:> hset f time
(integer)
127.0.0.1:> sort set by *->time
) "b"
) "d"
) "a"
) "c"
) "e"
上例中,对集合set进行排序,但是不在按照集合中元素本身的值进行排序,而是根据by参数,针对set中的每个元素,使用元素的值替换参考键中的第一个”*”,并获取其值,然后依据该值对元素排序。也就是根据散列类型a、b、c、d、e的time字段的值进行排序。
除了散列类型之外,参考键还可以是字符串类型,比如:
127.0.0.1:> lpush list a b c d e
(integer)
127.0.0.1:> mset a b c d e f
OK
127.0.0.1:> sort list by *
) "c"
) "b"
) "e"
) "d"
) "a"
当参考键名不包含”*”时(即常量键名,与元素值无关),sort命令将不会执行排序操作,因为Redis认为这种情况是没有意义的(因为所有要比较的值都一样)。例如:
127.0.0.1:> sort list by hehe
) "e"
) "d"
) "c"
) "b"
) "a"
例子中hehe是常量键名(甚至hehe键可以不存在),此时sort的结果与lrange的结果相同,没有执行排序操作。在不需要排序但需要借助sort命令获得与元素相关联的数据时,常量键名是很有用的。
如果几个元素的参考键值相同,则sort命令会再比较元素本身的值来决定元素的顺序。像这样:
127.0.0.1:> lpush list g
(integer)
127.0.0.1:> set g
OK
127.0.0.1:> sort list by *
) "c"
) "b"
) "g"
) "e"
) "d"
) "a"
例子中,元素g的参考键:字符串g,和元素b的参考键:字符串b,它们的值相同,都是2,因此,sort命令会再比较”g”和”b”元素本身的大小来决定两者的顺序。
当某个元素的参考键不存在时,会默认参考键的值为0:
127.0.0.1:> lpush list h
(integer)
127.0.0.1:> sort list by *
) "h"
) "c"
) "b"
) "g"
) "e"
) "d"
) "a"
3:get参数
sort命令支持get参数。get参数不影响排序,它的作用是使sort命令的返回结果不再是元索自身的值,而是get参数指定的键值。get参数的规则和by参数一样,get参数也支持字符串类型和散列类型的键,并使用”*”作为占位符。比如:
127.0.0.1:> sadd set a b c d e
(integer)
127.0.0.1:> hmset a time title hello
OK
127.0.0.1:> hmset b time title world
OK
127.0.0.1:> hmset c time title this
OK
127.0.0.1:> hmset d time title is
OK
127.0.0.1:> hmset e time title a
OK
127.0.0.1:> hmset f time title redis
OK
127.0.0.1:> sort set by *->time get *->title
) "world"
) "is"
) "hello"
) "this"
) "a" 127.0.0.1:> sort list by * get *
) (nil)
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
一个sort命令中可以有多个get参数(而by参数只能有一个),有n个get参数,每个元素返回的结果就有n行。如果还需要返回元素本身,则可以使用:”get #”。比如:
127.0.0.1:> sort set by *->time get *->time get *->title get #
) ""
) "world"
) "b"
) ""
) "is"
) "d"
) ""
) "hello"
) "a"
) ""
) "this"
) "c"
) ""
) "a"
) "e"
4:store参数
默认情况下,sort会直接返回排序结果,如果希望保存排序结果,可以使用store参数。 保存后的键的类型为列表类型,如果键己经存在则会覆盖它。加上store参数后sort命令的返回值为结果的个数。比如:
127.0.0.1:> sort set by *->time get *->time get *->title get # store reslist
(integer)
127.0.0.1:> lrange reslist -
) ""
) "world"
) "b"
) ""
) "is"
) "d"
) ""
) "hello"
) "a"
) ""
) "this"
) "c"
) ""
) "a"
) "e"
5:性能优化
sort是Redis中最强大最复杂的命令之一,如果使用不好很容易成为性能瓶颈。sort命令的时间复杂度是O(n + m log m),其中n表示要排序的列表(集合或有序集合)中的元素个数,m表示要返回的元素个数。当n较大的时候sort命令的性能相对较低,并且Redis在排序前会建立一个长度为n的容器来存储待排序的元素,虽然是一个临时的过程,但如果同时进行较多的大数据量排序操作则会严重影响性能。所以开发中使用sort命令时需要注意以下几点:
a、尽可能减少待排序键中元素的数量(使n尽可能小);
b、使用limit参数只获取需要的数据(使m尽可能小);
c、如果要排序的数据数量较大,尽可能使用store参数将结果缓存。
四:消息通知
1:任务队列
队列可以用Redis的列表类型实现,比如使用lpush和rpop命令就可以实现队列的概念。要实现任务队列,只需要让生产者将任务使用lpush命令加入到某个键中,另一边让消费者不断地使用rpop命令从该键中取出任务即可。
使用rpop命令时,消费者需要不断的定期轮训队列,查看队列中是否有新的任务,也就是要定期调用一次rpop命令。其实借助brpop命令更方便一些,它是阻塞版本的rpop命令,唯一的区别是当列表中没有元素时,brpop命令会阻塞住连接,直到有新元素加入。
brpop命令接收两个参数,第一个是键名,第二个是超时时间,单位是秒。当超过了此时间,仍然没有获得新元素的话就返回nil。如果超时时间置为0,表示不限制等待的时间,即如果没有新元素加入,列表就会永远阻塞下去。当获得一个元素后brpop命令返回两个值,分别是键名和元素值。
举例如下,首先在终端A上调用brpop命令,这里的list甚至可以不存在:
127.0.0.1:> brpop list
此时该命令会阻塞住。然后,在终端B中执行lpush命令:
127.0.0.1:> lpush list hehe
(integer)
此时,在终端A上,brpop命令才会有输出:
127.0.0.1:> brpop list
) "list"
) "hehe"
使用brpop命令,还可以实现一个优先级队列。brpop命令可以同时接收多个键,其完整的命令格式为:brpop key key [key ...] timeout
同时检测多个键,如果所有键都没有元素则阻塞,如果其中有一个键有元素则会从该键中弹出元素。
举例如下,首先在终端A上调用brpop命令:
127.0.0.1:> brpop list1 list2
此时终端A阻塞,然后在终端B上输入命令:
127.0.0.1:> lpush list2 this
(integer)
此时,在终端A上输出:
127.0.0.1:> brpop list1 list2
) "list2"
) "this"
如果多个键都有元素,则按照从左到右的顺序取第一个键中的一个元素。比如,首先在终端B上调用命令:
127.0.0.1:> lpush list1 l1
(integer)
127.0.0.1:> lpush list2 l2
(integer)
然后,在终端A上,调用brpop命令:
127.0.0.1:> brpop list2 list1
) "list2"
) "l2"
可见只返回list2的消息。借此特性可以实现优先级队列,一旦list2中有消息,无论list1中有多少消息,都是首先返回list2的消息。
2:发布和订阅
除了实现任务队列外,Redis还提供了一组命令可以实现“发布/订阅”(publish/subscribe)模式。“发布/订阅”模式也是进程间的消息传递方式,其原理是:“发布/订阅”模式中包含两种角色,分别是发布者和订阅者。订阅者可以订阅一个或若干个频道(channel),而发布者可以向指定的频道发送消息,所有订阅此频道的订阅者都会收到此消息。
发布者发布消息的命令是publish,用法是publish channel message,比如:
127.0.0.1:> publish channel1 hi
(integer)
这样消息就发出去了。publish命令的返回值表示接收到这条消息的订阅者数量。因为此时没有客户端订阅channel1,所以返回0。发出去的消息不会被持久化,也就是说当有客户端订阅channel1后只能收到后续发布到该频道的消息,之前发送的就收不到了。
订阅频道的命令是subscribe,可以同时订阅多个频道,用法是:subscribe channel [channel ...]。比如在终端A上输入:
127.0.0.1:> subscribe channel1
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
) "subscribe"
) "channel1"
) (integer)
执行subscribe命令后客户端会进入订阅状态(这里表现为阻塞状态,等待接收消息),进入订阅状态后客户端可收到三种类型的回复。每种类型的回复都包含3个值,第一个值是消息的类型,根据消息类型的不同,第二、三个值的含义也不同。消息类型可能的取值有:
a:subscribe,表示订阅成功的反馈信息。此时,比如上面的例子中,第二个值是订阅成功的频道名称,第三个值是当前客户端订阅的频道数量。
b:message,表示接收到的消息。第二个值表示产生消息的频道名称,第三个值是消息的内容。比如,在另一个终端上,输入:
127.0.0.1:> publish channel1 hi
(integer)
向channel1中发布一个消息”hi”,该命令返回2,表示当前有两个客户端订阅该频道,每个客户端的返回的内容都是:
...
) "message"
) "channel1"
) "hi
c:unsubscribe,表示成功取消订阅某个频道,此时第二个值是对应的频道名称,第三个值是当前客户端订阅的频道数量,当此值为0时,客户端会退出订阅状态。
客户端进入订阅状态之后,就只能执行subscribe/unsubscribe/psubscribe/punsubscribe这4种命令,不能执行“发布/订阅”模式之外的命令。但是在redis-cli中,进入订阅状态后,终端就处于接收消息状态,无法再执行任何命令,因此这种限制应该是针对编程客户端而言的。
使用psubscribe命令,可以指定订阅的规则,规则支持glob风格的通配符格式,比如在终端A中输入:
psubscribe channel.?*
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
) "psubscribe"
) "channel.?*"
) (integer)
此时,在终端B中执行下列命令:
127.0.0.1:> publish channel. "this is channel.1"
(integer)
127.0.0.1:> publish channel. "this is channel.10"
(integer)
127.0.0.1:> publish channel. "this is channel.1234"
(integer)
此时,终端A上的输出是:
) "pmessage"
) "channel.?*"
) "channel.1"
) "this is channel.1" ) "pmessage"
) "channel.?*"
) "channel.10"
) "this is channel.10" ) "pmessage"
) "channel.?*"
) "channel.1234"
) "this is channel.1234"
消息的第一个值表示这条消息是通过psubscribe命令订阅频道而收到的,第二个值表示订阅时使用的通配符,第三个值表示实际收到消息的频道,第四个值则是消息内容。
使用psubscribe命令可以重复订阅同一个频道,如某客户端执行了”psubscribe channel.? channel.?*”,这时向channel.2发布消息后该客户端会收到两条消息,而同时publish命令返回的值也是2而不是1。同样的,如果客户端执行了”subscribe channel.10”和”psubscribe channel.?*”的话,向channel.10发送命令该客户端也会收到两条消息(但是是两种类型,message和pmessage)。
punsubscribe命令可以退订指定的规则,用法是” punsubscribe [pattern pattern]”,如果没有参数则会退订所有规则。
注意使用punsubscribe命令只能退订通过psubscribe命令订阅的规则,不会影响通过subscribe命令订阅的频道;同样unsubscribe命令也不会影响通过psubscribe命令订阅的规则。
五:管道
客户端和Redis使用TCP协议连接。不论客户端向Redis发送命令还是Redis向客户端返回命令的执行结果,都需要经过网络传输,在执行多个命令时,即使命令不需要上一条命令的执行结果,每条命令都需要等待上一条命令执行完才能执行。
Redis的底层通信协议对管道提供了支持。通过管道可以一次性发送多条命令,并在执行完后一次性将结果返回,当一组命令中每条命令都不依赖于之前命令的执行结果时,就可以将这组命令一起通过管道发出。管道通过减少客户端与Redis的通信次数来实现降低往返时延的目的。管道在各种编程语言的客户端中都得到了支持。
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