深刻剖析Redis系列(五) - Redis數據結構之字符串

時間 2019-11-07

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前言

字符串類型 是 Redis 最基礎的數據結構。字符串類型 的值實際能夠是 字符串（簡單和複雜的字符串，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。java

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正文

1. 相關命令

1.1. 常見命令

1.1.1. 設置值

set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx|xx]服務器

set 命令有幾個選項：

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。

除了 set 選項，Redis 還提供了 setex 和 setnx 兩個命令：

setex key seconds value setnx key value

setex：設定鍵的值，並指定此鍵值對應的 有效時間。

127.0.0.1:6379> setex key1 5 value1
OK
127.0.0.1:6379> get key1
"value1"
127.0.0.1:6379> get key1
(nil)

複製代碼

setnx：鍵必須 不存在，才能夠設置成功。若是鍵已經存在，返回 0。

127.0.0.1:6379> set key2 value1
OK
127.0.0.1:6379> setnx key2 value2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get key2
"value1"
複製代碼

1.1.2. 獲取值

get key

若是要獲取的 鍵不存在，則返回 nil（空）。

127.0.0.1:6379> get not_exist_key
(nil)
複製代碼

1.1.3. 批量設置值

mset key value [key value ...]

下面操做經過 mset 命令一次性設置 4 個 鍵值對：

127.0.0.1:6379> mset a 1 b 2 c 3 d 4
OK
複製代碼

1.1.4. 批量獲取值

mget key [key ...]

經過下面操做 批量獲取 鍵 a、b、c、d 的值：

127.0.0.1:6379> mget a b c d
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
複製代碼

批量操做 命令，能夠有效提升 開發效率，假如沒有 mget 這樣的命令，要執行 n 次 get 命令的過程和耗時以下：

n次get時間 = n次網絡時間 + n次命令時間

使用 mget 命令後，執行 n 次 get 命令的過程和耗時以下：

n次get時間 = 1次網絡時間 + n次命令時間

Redis 能夠支撐 每秒數萬 的 讀寫操做，但這指的是 Redis 服務端 的處理能力，對於 客戶端 來講，一次命令除了 命令時間 仍是有 網絡時間。

假設 網絡時間 爲 1 毫秒，命令時間爲 0.1 毫秒（按照每秒處理 1 萬條命令算），那麼執行 1000 次 get 命令和 1 次 mget 命令的區別如表所示：

操做	時間
1000次get操做	1000 * 1 + 1000 * 0.1 = 1100ms = 1.1s
1次mget操做	1 * 1 + 1000 * 0.1 = 101ms = 0.101s

1.1.5. 計數

incr key

incr 命令用於對值作 自增操做，返回結果分爲三種狀況：

值不是整數，返回錯誤。
值是整數，返回自增後的結果。
鍵不存在，按照值爲 0 自增，返回結果爲 1。

127.0.0.1:6379> exists key
(integer) 0
127.0.0.1:6379> incr key
(integer) 1
複製代碼

除了 incr 命令，Redis 還提供了 decr（自減）、incrby（自增指定數字）、decrby（自減指定數字）、incrbyfloat（自增浮點數）等命令操做：

decr key incrby key increment decrby key decrement incrbyfloat key increment

不少 存儲系統 和 編程語言 內部使用 CAS 機制實現 計數功能，會有必定的 CPU 開銷。但在 Redis 中徹底不存在這個問題，由於 Redis 是 單線程架構，任何命令到了 Redis 服務端 都要 順序執行。

1.2. 不經常使用命令

1.2.1. 追加值

append key value

append 能夠向 字符串尾部 追加值。

127.0.0.1:6379> get key
"redis"
127.0.0.1:6379> append key world
(integer) 10
127.0.0.1:6379> get key
"redisworld"
複製代碼

1.2.2. 字符串長度

strlen key

好比說，當前值爲 redisworld，因此返回值爲 10：

127.0.0.1:6379> get key
"redisworld"
127.0.0.1:6379> strlen key
(integer) 10
複製代碼

1.2.3. 設置並返回原值

getset key value

getset 和 set 同樣會 設置值，可是不一樣的是，它同時會返回 鍵原來的值，例如：

127.0.0.1:6379> getset hello world
(nil)
127.0.0.1:6379> getset hello redis
"world"
複製代碼

1.2.4. 設置指定位置的字符

setrange key offeset value

下面操做將值由 pest 變爲了 best：

127.0.0.1:6379> set redis pest
OK
127.0.0.1:6379> setrange redis 0 b
(integer) 4
127.0.0.1:6379> get redis
"best"
複製代碼

1.2.5. 獲取部分字符串

getrange key start end

start 和 end 分別是開始和結束的 偏移量，偏移量 從 0 開始計算，例如獲取值 best 的 前兩個字符 的命令以下：

127.0.0.1:6379> getrange redis 0 1
"be"
複製代碼

最後給出 字符串 類型命令的 時間複雜度 說明：

2. 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 39 個字節的字符串。
raw：大於 39 個字節的字符串。

Redis 會根據當前值的類型和長度決定使用哪一種 內部編碼實現。

整數類型

127.0.0.1:6379> set key 8653
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key
"int"
複製代碼

短字符串

#小於等於39個字節的字符串：embstr
127.0.0.1:6379> set key "hello,world"
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key
"embstr"
複製代碼

長字符串

#大於39個字節的字符串：raw
127.0.0.1:6379> set key "one string greater than 39 byte........."
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key
"raw"
127.0.0.1:6379> strlen key
(integer) 40
複製代碼

3. 典型使用場景

3.1. 緩存功能

下面是一種比較典型的緩存使用場景，其中 Redis 做爲 緩存層，MySQL 做爲 存儲層，絕大部分請求的數據都是從 Redis 中獲取。因爲 Redis 具備支撐 高併發 的特性，因此緩存一般能起到 加速讀寫 和 下降後端壓力 的做用。

整個功能的僞代碼以下：

public UserInfo getUserInfo(long id) {
    String userRedisKey = "user:info:" + id;
    String value = redis.get(userRedisKey);
    UserInfo userInfo;    
    if (value != null) {
        userInfo = deserialize(value);     
    } else {        
        userInfo = mysql.get(id);   if (userInfo != null) { 
            redis.setex(userRedisKey, 3600, serialize(userInfo));
        }
        return userInfo;
    }
}
複製代碼

3.2. 計數

許多應用都會使用 Redis 做爲計數的基礎工具，它能夠實現 快速計數、查詢緩存 的功能，同時數據能夠 異步落地 到其餘 數據源。通常來講，視頻播放數系統，就是使用 Redis 做爲 視頻播放數計數 的基礎組件，用戶每播放一次視頻，相應的視頻播放數就會自增 1。

public long incrVideoCounter (long id) {
    String key = "video:playCount:" + id;
    return redis.incr(key);
}
複製代碼

實際上，一個真實的 計數系統 要考慮的問題會不少：防做弊、按照 不一樣維度 計數，數據持久化 到 底層數據源等。

3.3. 共享Session

一個 分佈式 Web 服務將用戶的 Session 信息（例如 用戶登陸信息）保存在各自的服務器中。這樣會形成一個問題，出於 負載均衡 的考慮，分佈式服務 會將用戶的訪問均衡到不一樣服務器上，用戶 刷新一次訪問 可能會發現須要 從新登陸，這個問題是用戶沒法容忍的。

爲了解決這個問題，可使用 Redis 將用戶的 Session 進行 集中管理。在這種模式下，只要保證 Redis 是 高可用 和 擴展性的，每次用戶更新或者查詢登陸信息都直接從 Redis 中集中獲取。

3.4. 限速

不少應用出於安全的考慮，會在每次進行登陸時，讓用戶輸入 手機驗證碼，從而肯定是不是用戶本人。可是爲了 短信接口 不被 頻繁訪問，會限制用戶每分鐘獲取 驗證碼 的頻率。例如一分鐘不能超過 5 次，如圖所示：

此功能可使用 Redis 來實現，僞代碼以下：

String phoneNum = "138xxxxxxxx";
String key = "shortMsg:limit:" + phoneNum;
// SET key value EX 60 NX
boolean isExists = redis.set(key, 1, "EX 60", "NX");
if (isExists != null || redis.incr(key) <= 5) {
    // 經過
} else {
    // 限速
}
複製代碼