Redis学习——数据结构上

Posted 2020-08-17 技术小白丁

一、常用的全局命令

        1、查看所有的键： KEYS *

KEYS pattern:查找所有符合给定模式 pattern 的 key 。

KEYS 的速度非常快，但在一个大的数据库中使用它仍然可能造成性能问题，如果你需要从一个数据集中查找特定的 key ，你最好还是用 Redis 的集合结构(set)来代替。

时间复杂度：O(N)， N 为数据库中 key 的数量。

2、键总数：dbsize（返回当前数据库中键的总数）

3、检查建是否存在 exists key

4、删除键：del key[...]:del是一个通用命令，无论什么数据结构类型，del命令都可以将他删除。

同时del命令支持删除多个键del a b c(同事删除a b c 三个键)

5、键过期:expire key seconds

ttl命令会返回键的剩余过期时间，它有三种返回值：大于0的整数（键剩余的过期时间），-1（键没设置过期时间），-2：键不存在

6、键的数据结构类型：type key

二、数据结构和内部编码

redis对外的数据结构有五种：string(字符串)、hash(哈希)、list(列表)、set(集合)、zset(有序集合)

这些只是redis对外的数据结构，实际上每种数据结构都有自己的底层的内部编码实现，而且是多种实现。例如LIST包含了linklist和ziplist两种内部编码。用object encoding key 能查询内部编码

1）、字符串

字符串类型是redis最基础的数据结构。字符串的值不能超过512M.

字符串常用命令

1、设置值： set key value

set rdb 123 :设置一个键rdb，值为123

set rdb 123 ex 10:设置一个键rdb，值为123,过期时间为10秒

set rdb 123 px 10:设置一个键rdb，值为123,过期时间为10毫秒

setex rdb 10 123: 设置一个键rdb，值为123,过期时间为10秒

set rdb 1 xx：将键rdb的值更新为1

set rdb 123 nx:设置一个键rdb，值为123

setnx rdb 123:设置一个键rdb，值为123

说明：setex和setnx两个命令作用和ex和nx选项是一样的。

  setnx和set的区别：由于redis的单线程命令处理机制，如果有多个客户端同时执行setnx key value，根据setnx的特性只有一个客户端能设置成功，setnx可以作为分布式锁的一种

实现方案，Redis官方给出了使用setnx实现分布式锁的方法：http://redis.io/topics/distlock。

2、获取值：get key

如果获取的键不存在，则返回nil(空)

3、批量设置值

mset key value [key value]

mset a 1 b 2 c 3 d 4:设置了4个键值对

4、批量获取值

mget key [key ...]

mget a b c d

    批量操作命令可以有效提高开发效率

5、计数

incr命令用于对值做自增操作，返回结果分为三种情况

1、值不是整数，返回错误

2、值是整数，返回自增后的结果

3、键不存在，按照值为0自增，返回结果为1

不常用的命令：

1、追加值 append key value(append可以向字符串尾部追加值)

2、字符串长度  strlen key(每个中文占3个字节)

3、设置并返回原值(getset和set一样会设置值，但是不同的是，它同时会返回键原来的值)

4、设置指定位置的字符 setrange key offeset value

set redis pest

setrange redis 0 b ：将pest变成best

5、获取部分字符串 getrange key start end

set redis best

getrange redis 0 1:返回be

内部编码：字符串类型的内部编码有3种

.int：8个字节的长整型。

·embstr：小于等于39个字节的字符串。

·raw：大于39个字节的字符串。

        (Redis会根据当前值的类型和长度决定使用哪种内部编码实现。)

redis字符串的典型使用场景：

1、缓存功能

与mysql等关系型数据库不同的是，Redis没有命令空间，而且也没有对键名有强制要求（除了不能使用一些特殊字符）。但设计合理的键名，有利于防止键冲突和项目的可维护性，

比较推荐的方式是使用“业务名：对象名：id：[属性]”作为键名（也可以不是分号）。

2、计数功能

许多应用都会使用Redis作为计数的基础工具，它可以实现快速计数、查询缓存的功能，同时数据可以异步落地到其他数据源。

3、共享Session

可以使用Redis将用户的Session进行集中管理，在这种模式下只要保证Redis是高可用和扩展性的，每次用户更新或者查询登录信息都直接从Redis中集中获取。

4、限速

很多应用出于安全的考虑，会在每次进行登录时，让用户输入手机验证码，从而确定是否是用户本人。但是为了短信接口不被频繁访问，会限制用户每分钟获取验证码的频率，例如一分钟不能超过5次。

 

2、哈希

几乎所有的编程语言都提供了哈希（hash）类型，它们的叫法可能是哈希、字典、关联数组。在Redis中，哈希类型是指键值本身又是一个键值对结构，形如value={{field1，value1}，...{fieldN，valueN}}

注意(哈希类型中的映射关系叫作field-value，注意这里的value是指field对应的值，不是键对应的值，请注意value在不同上下文的作用)

常用命令：

1、设置值 hset key field value

hset user:1 name tom：设置键为user:1 ,filed为name,value为tom。

2、获取值 hget key field

hget user:1 name  ：返回tom

3、删除field hdel key field [field ...]

hdel user:1 name

4、计算field个数

hlen key

5、批量设置或获取field-value

hmget key field [field ...]

hmset key field value [field value ...]

6、判断field是否存在 hexists key field

7、获取所有field： hkeys key

8、获取所有value：hvals key

9、获取所有的field-value：hgetall key

(注意：在使用hgetall时，如果哈希元素个数比较多，会存在阻塞Redis的可能。如果开发人员只需要获取部分field，可以使用hmget，如果一定要获取全部field-value，可以使用hscan命令，该命令会渐进式遍历哈希类型)

10、hincrby hincrbyfloat

11、计算value的字符串长度 hstrlen key field

内部编码(哈希类型的内部编码有两种)

·ziplist（压缩列表）:当哈希类型元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置（默认512个）、同时所有值都小于hash-max-ziplist-value配置（默认64字节）时，Redis会使用ziplist作为哈希的内部实现，ziplist使用更加紧凑的结构实现多个元素的连续存储，所以在节省内存方面比hashtable更加优秀

·hashtable（哈希表）:当哈希类型无法满足ziplist的条件时，Redis会使用hashtable作为哈希的内部实现，因为此时ziplist的读写效率会下降，而hashtable的读写时间复杂度为O（1）。

使用场景：1、存储关系数据库数据

相比于使用字符串序列化缓存用户信息，哈希类型变得更加直观，并且在更新操作上会更加便捷。可以将每个用户的id定义为键后缀，多对field-value对应每个用户的属性

（但是需要注意的是哈希类型和关系型数据库有两点不同之处：·哈希类型是稀疏的，而关系型数据库是完全结构化的，例如哈希类型

每个键可以有不同的field，而关系型数据库一旦添加新的列，所有行都要为其设置值（即使为NULL）

·关系型数据库可以做复杂的关系查询，而Redis去模拟关系型复杂查询开发困难，维护成本高。

）

（比较说明名：到目前为止，我们已经能够用三种方法缓存用户信息，下面给出三种方案的实现方法和优缺点分析。

1、原生字符串类型：每个属性一个键。

set user:1:name tom

set user:1:age 23

set user:1:city beijing

优点：简单直观，每个属性都支持更新操作。

缺点：占用过多的键，内存占用量较大，同时用户信息内聚性比较差，所以此种方案一般不会在生产环境使用。

2、序列化字符串类型：将用户信息序列化后用一个键保存。

set user:1 serialize(userInfo)

优点：简化编程，如果合理的使用序列化可以提高内存的使用效率。

缺点：序列化和反序列化有一定的开销，同时每次更新属性都需要把全部数据取出进行反序列化，更新后再序列化到Redis中。

3、哈希类型：每个用户属性使用一对field-value，但是只用一个键保存。

hmset user:1 name tomage 23 city beijing

优点：简单直观，如果使用合理可以减少内存空间的使用。

缺点：要控制哈希在ziplist和hashtable两种内部编码的转换，hashtable会消耗更多内存。

）

3、列表List（列表（list）类型是用来存储多个有序的字符串）

在Redis中，可以对列表两端插入（push）和弹出（pop），还可以获取指定范围的元素列表、获取指定索引下标的元素等。列表是一种比较灵活的数据结构，它可以充当栈和队列的角色，在实际开发上有很多应用场景。

1、列表的两个特点

.列表中的元素是有序的

.列表中的元素可以是重复的

2、命令

1、添加操作

·从右边插入元素 rpush key value [value ...]（lrange 0 -1命令可以从左到右获取列表的所有元素）

·从左边插入元素 lpush key value [value ...]

·向某个元素前或者后插入元素  linsert key before|after pivot value （linsert命令会从列表中找到等于pivot的元素，在其前（before）或者后（after）插入一个新的元素value）

2、查找

·获取指定范围内的元素列表 lrange key start end （lrange操作会获取列表指定索引范围所有的元素）

索引下标有两个特点：1、索引下标从左到右分别是0到N-1，但是从右到左分别是-1到-N

    2、lrange中的end选项包含了自身

        ·获取列表指定索引下标的元素 lindex key index：例如 lindex listkey -1

·获取列表长度 llen key

3、删除

·从列表左侧弹出元素 lpop key

·从列表右侧弹出 rpop key

·删除指定元素 lrem key count value 

lrem命令会从列表中找到等于value的元素进行删除，根据count的不同分为三种情况：

·count>0，从左到右，删除最多count个元素。

·count<0，从右到左，删除最多count绝对值个元素。

·count=0，删除所有。

·按照索引范围修剪列表 ltrim key start end

ltrim listkey 1 3 （只保留列表listkey第2个到第4个元素）

4、修改

·修改指定索引下标的元素： lset key index newValue

5、阻塞操作

·阻塞式弹出如下：blpop key [key ...] timeout和brpop key [key ...] timeout

（blpop和brpop是lpop和rpop的阻塞版本，它们除了弹出方向不同，使用方法基本相同，所以下面以brpop命令进行说明，

brpop命令包含两个参数：·key[key...]：多个列表的键。

       ·timeout：阻塞时间（单位：秒）。

1）列表为空：如果timeout=3，那么客户端要等到3秒后返回，如果timeout=0，那么客户端一直阻塞等下去

如果此期间添加了数据element1，客户端立即返回

2）列表不为空：客户端会立即返回。

在使用brpop时，有两点需要注意

第一点，如果是多个键，那么brpop会从左至右遍历键，一旦有一个键能弹出元素，客户端立即返回：

第二点，如果多个客户端对同一个键执行brpop，那么最先执行brpop命令的客户端可以获取到弹出的值

 

）

3、内部编码

列表类型的内部编码有两种。

·ziplist（压缩列表）：当列表的元素个数小于list-max-ziplist-entries配置（默认512个），同时列表中每个元素的值都小于list-max-ziplist-value配置时（默认64字节），Redis会选用ziplist来作为列表的内部实现来减少内存的使用。

·linkedlist（链表）：当列表类型无法满足ziplist的条件时，Redis会使用linkedlist作为列表的内部实现。

4、使用场景

1、消息队列：

Redis的lpush+brpop命令组合即可实现阻塞队列，生产者客户端使用lrpush从列表左侧插入元素，多个消费者客户端使用brpop命令

阻塞式的“抢”列表尾部的元素，多个客户端保证了消费的负载均衡和高可用性。

2、文章列表

每个用户有属于自己的文章列表，现需要分页展示文章列表。此时可以考虑使用列表，因为列表不但是有序的，同时支持按照索引范围获取元素。

实际上列表的使用场景很多，在选择时可以参考以下口诀：

·lpush+lpop=Stack（栈）

·lpush+rpop=Queue（队列）

·lpsh+ltrim=Capped Collection（有限集合）

·lpush+brpop=Message Queue（消息队列）

 

参考资料：《Redis开发与运维》