redis入門(一)

時間 2019-11-09

標籤 redis 入門欄目 Redis 简体版

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redis入門(一)

前言

Redis是什麼？
redis是一種基於鍵值對(key-value)的NoSQL數據庫。Redis會將全部數據都存放在內存中，因此它的讀寫性能很是驚人。不只如此，Redis還能夠將內存的數據利用快照和日誌的形式保存到硬盤上，這樣在發生相似斷電或者機器故障的時候，內存中的數據不會「丟失」。Redis還提供了鍵過時、發佈訂閱、事務、流水線、Lua腳本等附加功能。git
Redis能作什麼
在談爲何須要redis以前，先要清楚redis能夠作什麼。

緩存。經過引入緩存加快數據的訪問速度，下降後端數據源的壓力。
排行榜。redis提供給列表和有序幾何數據結構能夠很方便的構建各類排行榜系統。
計數器。redis原生支持高性能的計數功能，能夠爲視頻播放量、網頁瀏覽數等提供支持。
消息隊列。redis提供發佈訂閱功能。

特性

咱們爲何選擇redis？github

速度快

官方給出的讀寫速度能夠達到10W/s，如下是我本機雙核四線程低壓i7上測試的對字符串的讀寫速度。redis

C:\Users\Dm_ca> redis-benchmark -n 100000  -t set,get -q -a test1
SET: 11993.28 requests per second
GET: 57603.69 requests per second

若使用redis管道技術能夠獲得更高的讀寫速度shell

C:\Users\Dm_ca> redis-benchmark -n 100000 -t set,get -q -a test1 -P 2
SET: 19466.62 requests per second
GET: 133155.80 requests per second

Redis 管道技術能夠在服務端未響應時，客戶端能夠繼續向服務端發送請求，並最終一次性讀取全部服務端的響應。數據庫

下表是谷歌公司給出的各層級硬件執行速度，內存的響應速度是100ns，redis將數據所有從內存加載能夠更快的讀寫數據。
ubuntu

簡單穩定

早期版本代碼在2W行左右，3.0添加了集羣等特性增值5W行。相比其餘NoSQL數據庫來講代碼量少得多。windows

豐富的功能

支持發佈訂閱、持久化、集羣及管道等其餘經常使用的功能。後端

歷史

2008年，Redis的做者Salvatore Sanfilippo在開發一個叫LLOOGG的網站時，須要實現一個高性能的隊列功能，最開始是使用MySQL來實現的，但後來發現不管怎麼優化SQL語句都不能使網站的性能提升上去，因而他決定本身作一個專屬於LLOOGG的數據庫，這個就是Redis的前身。後來，Salvatore Sanfilippo將Redis1.0的源碼開放到GitHub上，可能連他本身都沒想到，Redis後來如此受歡迎。

歷史版本

Redis借鑑了Linux操做系統對於版本號的命名規則：版本號第二位若是是奇數，則爲非穩定版本（例如2.七、2.九、3.1），若是是偶數，則爲穩定版本（例如2.六、2.八、3.0、3.2）。當前奇數版本就是下一個穩定版本的開發版本。

Redis 2.6
Redis 2.6在2012年正式發佈，經歷了17個版本，到 2.6.17版本，相比於Redis2.4，主要特性以下：
- 服務端支持Lua腳本。
- 從節點提供只讀功能。
- 重構了大量的核心代碼，全部集羣相關的代碼都去掉了，cluster功能將會是3.0版本最大的亮點。
- 其餘若干修復與優化
Redis 2.8
Redis2.8在2013年11月22日正式發佈，經歷了24個版本，到2.8.24版本，相比於Redis2.6，主要特性以下：
- 添加部分主從複製的功能，在必定程度上下降了因爲網絡問題，形成頻繁全量複製生成RDB對系統形成的壓力。
- 能夠經過config set命令設置maxclients。
- 能夠用bind命令綁定多個IP地址。
- configre write命令能夠將config set持久化到Redis配置文件中。
- 其餘若干修復與優化
Redis 3.0
- Redis Cluster：Redis的官方分佈式實現。
- 全新的embedded string對象編碼結果，優化小對象內存訪問，在特定的工做負載下速度大幅提高。
- config set設置maxmemory時候能夠設置不一樣的單位單位（以前只能是字節）
- incr命令性能提高。
- 其餘若干修復與優化
Redis 3.2
- 新的List編碼類型：quicklist。
- 從節點讀取過時數據保證一致性。
- 新的RDB格式，可是仍然兼容舊的RDB。
- 加速RDB的加載速度。
- 其餘若干修復與優化
Redis 4.0
- 提供了模塊系統，方便第三方開發者拓展Redis的功能
- PSYNC2.0：優化了以前版本中，主從節點切換必然引發全量複製的問題。
- 提供了RDB-AOF混合持久化格式，充分利用了AOF和RDB各自優點。
- Redis Cluster兼容NAT和Docker。
- 其餘若干修復與優化

更多細節能夠查看Redis版本歷史介紹

安裝與啓動

redis編譯後，有許多可執行文件，咱們先了解一下各個文件的用途。在windows版本和官方redis版的文件都是差很少的。

可執行文件	做用
redis-server	啓動redis服務
redis-cli	redis命令行客戶端
redis-benchmark	redis基準測試工具
redis-check-aof	redis AOF持久化文件檢測和修復工具
redis-check-dump	redis RDB持久化文件檢測和修復工具
redis-sentinel	啓動redis哨兵服務

windows版本是沒有redis-sentinel，在啓動的時候能夠經過--sentinel參數以哨兵模式啓動。

安裝

windows版本

下載

Redis官方並不支持Windows操做系統，可是Redis做爲一款優秀的開源技術吸引到了微軟的注意，微軟的開源技術組在GitHub上維護一個Redis的分支。
目前在windows版本最新的redis是3.2.100，能夠到這裏下載

下載的壓縮文件內容以下圖所示。

windows版本的redis能夠以2種方式運行，一種是經過cmd命令框啓動redis服務進程。另外一種是將redis安裝爲windows服務，並以windows服務運行。

.config是redis配置文件。在服務安裝的時候咱們能夠指定配置文件，若沒有指定，則使用redis默認配置。
直接啓動

經過redis-server 配置名能夠直接啓動redis服務。
安裝服務

生產環境建議將redis安裝爲windows服務，避免cmd框不當心被關掉。
打開cmd窗口，經過redis-server --service-install 配置文件路徑 --service-name 服務名安裝服務。如redis-server --service-install redis.windows-service.conf --service-name redis-test
若配置格式沒有問題，安裝成功後再windows服務中則會有名爲redis-test的服務。

安裝windows服務時必須指定配置文件
若沒有指定服務名，則使用Redis做爲默認的服務名稱。
啓動服務

經過redis-server --service-start --service-name 服務名啓動指定的redis服務。
中止服務

經過redis-server --service-stop --service-name 服務名中止指定的redis服務。
卸載

經過redis-server --service-install --service-name 服務名卸載Redis服務。卸載服務前須要先中止服務。

linux版本

下載

在Linux安裝軟件一般有兩種方法，第一種是經過各個操做系統的軟件管理軟件進行安裝，例如CentOS有yum管理工具，Ubuntu有 apt。可是因爲Redis的更新速度相對較快，而這些管理工具不必定能更新到最新的版本，同時Redis的安裝自己不是很複雜，因此一推薦使用第二種方式：源碼的方式進行安裝，整個安裝只需如下四步便可完成。
1）下載Redis指定版本的源碼壓縮包到當前目錄。
2）解壓縮Redis源碼壓縮包。
3）編譯（編譯以前確保操做系統已經安裝gcc）。
4）安裝。
```
wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.5.tar.gz
tar xzf redis-5.0.5.tar.gz
cd redis-5.0.5
make
```
編譯

我本機是在windows的Linux子系統上運行，安裝的是Ubuntu，windows商店中的ubuntu是最小化安裝，所以許多必要的開發包都是沒有的，好比make，所以須要安裝make，而編譯redis源碼還要依賴gcc，所以確保本身本地的linux已經安裝了gcc和make.

在ubuntu下可使用sudo apt-get install build-essential安裝gcc相關的包，使用sudo apt-get install make安裝make包。
若都安裝完成，則能夠在redis目錄下經過make命令進行源碼編譯
啓動

經過src/redis-server啓動redis-server，經過src/redis-server 配置名以指定的配置文件啓動。若直接啓動默認之前臺服務進程執行，將會阻塞命令行。修改配置文件daemonize no改成daemonize yes以守護進程的方式執行。

守護進程（Daemon Process），也就是一般說的 Daemon 進程（精靈進程），是 Linux 中的後臺服務進程。它是一個生存期較長的進程，一般獨立於控制終端而且週期性地執行某種任務或等待處理某些發生的事件。
能夠經過修改配置文件中的port修改綁定指定端口
客戶端鏈接

經過src/redis-cli鏈接redis服務,經過src/redis-server -v或src/redis-cli -v能夠查看redis的版本號。

數據類型與內部編碼

數據結構

redis能夠保存string（字符串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合）。在後面的版本逐步又添加了Bitmaps（位圖）、HyperLogLog、GEO（地理信息定位）等數據結構。

經過type命令能夠查看當前鍵的數據類型。

127.0.0.1:26379> type key1
string

內部編碼

經過type返回的僅僅是對外的數據結構，實際上每種數據結構都有本身底層的內部編碼實現，並且是多種實現。

redis經過構建簡單動態字符串、鏈表、壓縮列表、整數集合、哈希表(字典)、跳躍表等內部編碼構造出進行組合實現了各類數據結構，經過這種方式，Redis會在合適的場景選擇合適的內部編碼。從而優化不一樣場景下的使用效率。

若是一個字符串對象保存的是整數值，而且這個整數值能夠用long類型來表示，須要注意的是long或double類型表示的浮點數在Redis中也是做爲字符串值來保存的。若是咱們要保存一個浮點數到字符串對象裏面，那麼程序會先將這個浮點數轉換成字符串值，而後再保存轉換所得的字符串值。
embstr編碼是專門用於保存短字符串的一種優化編碼方式，embstr編碼經過調用一次內存分配函數來分配一塊連續的空間，而raw編碼會調用兩次內存分配函數。同理釋放embstr編碼的字符串只須要調用一次內存釋放函數來分配一塊連續的空間，而釋放raw編碼的字符串會調用兩次內存釋放函數。

embstr編碼的字符串對象其實是隻讀的。當咱們對embstr編碼的字符串對象執行任何修改命令時，程序會先將對象的編碼從embstr轉換成raw，而後再執行修改命令。由於這個緣由，embstr編碼的字符串對象在執行修改命令以後，總會變成一個raw編碼的字符串對象。
Redis的字典使用哈希表做爲底層實現，一個哈希表裏面能夠有多個哈希表節點，而每一個哈希表節點就保存了字典中的一個鍵值對。
壓縮列表是Redis爲了節約內存而開發的，是由一系列特殊編碼的連續內存塊組成的順序型（sequential）數據結構。一個壓縮列表能夠包含任意多個節點（entry），每一個節點能夠保存一個字節數組或者一個整數值。
鏈表提供了高效的節點重排能力，以及順序性的節點訪問方式，而且能夠經過增刪節點來靈活地調整鏈表的長度。
整數集合（intset）是Redis用於保存整數值的集合抽象數據結構，它能夠保存類型爲int16_t、int32_t或者int64_t的整數值，而且保證集合中不會出現重複元素。
跳躍表（skiplist）是一種有序數據結構，它經過在每一個節點中維持多個指向其餘節點的指針，從而達到快速訪問節點的目的。

經常使用API與使用場景

經常使用命令

查看全部鍵:keys *

127.0.0.1:26379> set key1 1
OK
127.0.0.1:26379> set key2 2
OK
127.0.0.1:26379> set key3 3
OK
127.0.0.1:26379> set key22 22
OK
127.0.0.1:26379> keys *
1) "key22"
2) "key3"
2) "key2"
3) "key1"

該命令還支持模糊查詢
shell 127.0.0.1:26379> keys *2* 1) "key22" 2) "key2"

鍵總數:dbsize
```
127.0.0.1:26379> dbsize
(integer) 3
```

檢查鍵是否存在:exists key,能夠傳入多個key，返回存在key的個數

127.0.0.1:26379> exists key1
(integer) 1
127.0.0.1:26379> exists key4
(integer) 0
127.0.0.1:26379> exists key1 key2
(integer) 2

刪除鍵:del key,能夠同時刪除多個key，返回成功刪除key的數量
```
127.0.0.1:26379> del key1 key2
(integer) 2
```

鍵過時:expire key seconds

127.0.0.1:26379> expire key3 2
(integer) 1

查詢鍵剩餘過時時間:ttl key。大於等於0則是鍵剩餘的過時時間，-1表示未設置過時時間。
```
127.0.0.1:26379> ttl key3
(integer) 2
127.0.0.1:26379> ttl key1
(integer) -1
```

查詢redis服務狀態:info [section]。能夠經過info查詢redis全部信息，或者經過info section查詢指定的部分信息。

127.0.0.1:26379> info
# Server
redis_version:5.0.6
redis_git_sha1:00000000
redis_git_dirty:0
redis_build_id:6f31570182dc95d9
redis_mode:standalone
...
# Keyspace
db0:keys=3,expires=0,avg_ttl=0

127.0.0.1:26379> info keyspace
# Keyspace
db0:keys=3,expires=0,avg_ttl=

字符串

字符串類型是Redis最基礎的數據結構。首先鍵都是字符串類型，並且其餘幾種數據結構都是在字符串類型基礎上構建的，因此字符串類型能爲其餘四種數據結構的學習奠基基礎。字符串類型的值實際能夠是字符串（簡單的字符串、複雜的字符串（例如JSON、XML））、數字（整數、浮點數），甚至是二進制（圖片、音頻、視頻），可是值最大不能超過512MB。

經常使用API

設置鍵set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx| xx]
- ex seconds：爲鍵設置秒級過時時間。
- px milliseconds：爲鍵設置毫秒級過時時間。
- nx：鍵必須不存在，才能夠設置成功，用於添加。
- xx：與nx相反，鍵必須存在，才能夠設置成功，用於更新。
因爲nx和xx的特性，只有一個客戶端能設置成功，所以能夠作爲分佈式鎖的一種實現。
讀取鍵:get key
批量設置:mset key value [key value ...]
批量讀取:mget key [key ...]

內部編碼

字符串類型的內部編碼有3種:

int:8個字節的長整型。
embstr:小於等於44個字節的字符串。
raw:大於44個字節的字符串。

redis3.0之前是以39個字符爲邊界,因爲redis3.0對embstr性能作了優化致使長度邊界發生變化。詳情能夠看Redis的embstr與raw編碼方式再也不以39字節爲界了！

使用場景

緩存

與關係型數據庫不一樣的是，Redis沒有命令空間，並且也沒有對鍵名有強制要求（除了不能使用一些特殊字符）。但設計合理的鍵名，有利於防止鍵衝突和項目的可維護性，比較推薦的方式是使用業務名:對象名:id:[屬性]做爲鍵名（也能夠不是分號）。例如數據庫名爲vs，用戶表名爲user，那麼對應的鍵能夠用vs:user:1，vs:user:1:name來表示，若是當前Redis只被一個業務使用，甚至能夠去掉vs:。若是鍵名比較長，例如user:{uid}:friends:messages:{mid}，能夠在能描述鍵含義的前提下適當減小鍵的長度，例如變爲u:{uid}:fr:m:{mid}，從而減小因爲鍵過長的內存浪費。
計數

經過incr key對計數進行累加，可用於播放量，訪問量等場景。
限速

經過set 和 incr組合使用實現1分鐘內最多發送5條短信。
```
127.0.0.1:26379> set 182XXXXXXXX 1 ex 60 nx
OK
127.0.0.1:26379> set 182XXXXXXXX 1 ex 60 nx
(nil)
127.0.0.1:26379> incr 182XXXXXXXX
(integer) 2
```
能夠看到經過nx參數只有在不存在的時候纔會設置成功。
分佈式鎖

能夠經過set加nx或xx參數實現分佈式鎖。關於Redis實現分佈式鎖能夠參考Distributed locks with Redis

列表

列表（list）類型是用來存儲多個有序的字符串，一個列表最多能夠存儲2^32^-1個元素。在Redis中，能夠對列表兩端插入（push）和彈出（pop），還能夠獲取指定範圍的元素列表、獲取指定索引下標的元素等。列表是有序的，且能夠插入重複數據。

經常使用API

從右邊插入數據:rpush key value [value ...]
從左邊插入數據:lpush key value [value ...]
從右邊彈出數據:rpop key
從左邊彈入數據:lpop key
從左側阻塞彈出:blpop key [key ...] timeout
從右側阻塞彈出:brpop key [key ...] timeout

當使用阻塞彈出時，若列表爲空，則將會阻塞指定的時間，若傳遞的timeout爲0，會一致阻塞；若個客戶端同時阻塞時，有數據插入列表時，先阻塞的先能夠獲取到值。
獲取指定範圍內的元素列表:lrange key start end
獲取列表指定索引下標的元素:lindex key index
獲取列表長度:llen key
修改指定索引下標的元素:lset key index newValue

內部編碼

列表類型的內部編碼有兩種：

ziplist（壓縮列表）：當列表的元素個數小於list-max-ziplist-entries配置（默認512個），同時列表中每一個元素的值都小於list-max-ziplist-value配置時（默認64字節），Redis會選用ziplist來做爲列表的內部實現來減小內存的使用。
linkedlist（鏈表）：當列表類型沒法知足ziplist的條件時，Redis會使用linkedlist做爲列表的內部實現。

Redis3.2版本提供了quicklist內部編碼，簡單地說它是以一個ziplist爲節點的linkedlist，它結合了ziplist和linkedlist二者的優點，爲列表類型提供了一種更爲優秀的內部編碼實現

使用場景

消息隊列
Redis的lpush+brpop命令組合便可實現阻塞隊列，生產者客戶端使用lrpush從列表左側插入元素，多個消費者客戶端使用brpop命令阻塞式的「搶」列表尾部的元素，多個客戶端保證了消費的負載均衡和高可用性。

lpush+lpop=Stack（棧）
lpush+rpop=Queue（隊列）
lpsh+ltrim=CappedCollection（有限集合）
lpush+brpop=MessageQueue（消息隊列）

哈希

在Redis中，哈希類型是指鍵值自己又是一個鍵值對結構，形如value={{field1，value1}，...{fieldN，valueN}}。

經常使用API

設置值:hset key field value
獲取指定鍵的field值:hget key field
刪除指定鍵的field:hdel key field [field ...]
計算指定鍵的field的個數:hlen key
批量獲取:hmget key field [field ...]
批量設置:hmset key field value [field value ...]
判斷field是否存在:hexists key field
獲取指定鍵的全部內容:hexists key field

內部編碼

哈希類型的內部編碼有兩種：

ziplist（壓縮列表）：當哈希類型元素個數小於hash-max-ziplist-entries配置（默認512個）、同時全部值都小於hash-max-ziplist-value配置（默認64字節）時，Redis會使用ziplist做爲哈希的內部實現，ziplist使用更加緊湊的結構實現多個元素的連續存儲，因此在節省內存方面比hashtable更加優秀。
hashtable（哈希表）：當哈希類型沒法知足ziplist的條件時，Redis會使用hashtable做爲哈希的內部實現，由於此時ziplist的讀寫效率會降低，而hashtable的讀寫時間複雜度爲O（1）。

使用場景

緩存關係型數據庫的用戶信息
- 關係型數據庫保存方式
- hash類型保存方式
須要注意的是，關係型數據庫是結構化的，每一列都要爲其設置值(即便未空也可能包括NULL或特殊的標識表示NULL),而NOSQL則是稀疏的，有字段的才須要設置值。所以關係型數據庫須要佔用更大的內存空間。
Redis不適合去模擬複雜的查詢關係。
保存關係型數據的經常使用方式。
- 每一個記錄每條屬性一個鍵。
  - 優勢：簡單直觀，每一個屬性均可以更新，互不影響。
  - 缺點：佔用了太多的key。查找一個用戶的信息比較麻煩，要獲取n次key。
- 將用戶序列化後保存到一個鍵中。
  - 優勢：合理的序列化提升redis內存使用效率。
  - 缺點：序列化和反序列化有必定的開銷。同時每次更新一個屬性都須要獲取所有數據反序列化更新後再從新序列化保存到redis。
- 每一個用戶字段用對應一個field-value。
  - 優勢：簡單直觀，合理使用能夠減小redis內存使用。每一個屬性互不影響。
  - 缺點：要控制hash的內部編碼轉換，若使用hashtable，會消耗更多內存。

集合

集合（set）類型也是用來保存多個的字符串元素，但和列表類型不同的是，集合中不容許有重複元素，而且集合中的元素是無序的，不能經過索引下標獲取元素。

經常使用API

添加元素:sadd key element [element ...]
刪除元素:srem key element [element ...]

添加和刪除能夠對多個元素進行操做，返回的是執行成功的數量。
計算元素個數:scard key
計算指定鍵的field的個數:hlen key
判斷元素是否在集合中:sismember key element
還有一些集合的操做這裏不作具體講解

內部編碼

集合類型的內部編碼有兩種：

intset（整數集合）：當集合中的元素都是整數且元素個數小於set-max-intset-entries配置（默認512個）時，Redis會選用intset來做爲集合的內部實現，從而減小內存的使用。
hashtable（哈希表）：當集合類型沒法知足intset的條件時，Redis會使用hashtable做爲集合的內部實現。

使用場景

保存去重後的用戶信息，好比IP白名單等

有序集合

有序集合它保留了集合不能有重複成員的特性，但不一樣的是，有序集合中的元素能夠排序。可是它和列表使用索引下標做爲排序依據不一樣的是，它給每一個元素設置一個分數（score）做爲排序的依據。有序集合提供了獲取指定分數和元素範圍查詢、計算成員排名等功能，合理的利用有序集合，能幫助咱們在實際開發中解決不少問題。

經常使用API

有序集合在集合基礎上多了一個分值，並經過分支排序。

添加成員:zadd key score member [score member ...]。Redis3.2爲zadd命令添加了nx、xx、ch、incr四個選項：
- nx：member必須不存在，才能夠設置成功，用於添加。
- xx：member必須存在，才能夠設置成功，用於更新。
- ch：返回這次操做後，有序集合元素和分數發生變化的個數。
- incr：對score作增長，至關於後面介紹的zincrby。
計算成員個數:zcard key
計算某個成員的分數 zscore key member
計算成員的排名 zrank key member zrevrank key member
- zrank是從分數從低到高返回排名。
- zrevrank是從分數從高到低返回排名。
刪除成員:zrem key member [member ...]
增長成員的分數:zincrby key increment member
返回指定排名範圍的成員:zrange key start end [withscores]或zrevrange key start end [withscores]
返回指定分數範圍的成員:zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count]或zrevrangebyscore key max min [withscores] [limit offset count]
返回指定分數範圍成員個數:zcount key min max
刪除指定排名內的升序元素:zremrangebyrank key start end
刪除指定分數範圍的成員:zremrangebyscore key min max

內部編碼

有序集合類型的內部編碼有兩種：

ziplist（壓縮列表）：當有序集合的元素個數小於zset-max-ziplist-entries配置（默認128個），同時每一個元素的值都小於zset-max-ziplist-value配置（默認64字節）時，Redis會用ziplist來做爲有序集合的內部實現，ziplist能夠有效減小內存的使用。
skiplist（跳躍表）：當ziplist條件不知足時，有序集合會使用skiplist做爲內部實現，由於此時ziplist的讀寫效率會降低。