redis各數據類型應用概述

前言

1. redis是一個開源的使用ANSI C語言編寫、支持網絡、可基於內存、亦可持久化的日誌型、key-value數據庫，並提供多種語言的API。
2. 它是內存存儲的數據結構服務器，可用作數據庫、高速緩存和消息隊列代理。
3. 通過數據全部in-momery的方式保證高速訪問，同時提供數據落地的功能，這是redis最主要的適用場景。
4. reids內置複製、Lua腳本、LRU收回、事物以及不同級別磁盤持久化功能，同時通過redis Sentinel提供高可用，通過Redis Cluster提供自動分區。
5. redis支持字符串、哈希表、列表、集合、有序集合、位圖、hyperloglogs等數據類型。
6. redis最爲常用的數據類型：stirng、hash、list、set、sorted set、pub/sub、transactions。

String類型

1. string類型就是簡單的key-value類型，value不僅僅是string，也可以是數字。
2. 常用命令：set、get、decr、incr、mget等。

3. 除了提供與memcached一樣的get、set、incr、decr 等操作外，redis還提供了下面的一些操作：

   （1）獲取字符串長度；
   （2）往字符串append內容；
   （3）設置和獲取字符串的某一段內容；
   （4）設置及獲取字符串的某一位(bit)；
   （5）批量設置一系列字符串的內容；

Hash類型

1. hash特別適合用於存儲對象。
2. 常用命令：hget、hset、hgetall等。
3. 應用場景：存儲一些結構化的數據，比如用戶的暱稱、年齡、性別、積分等，存儲一個用戶信息對象數據。

4. 我們舉個簡單的實例來描述下Hash的應用場景，比如我們存儲一個用戶信息對象數據，包含以下信息：

   （1）用戶id爲查找的key；
   （2）存儲的value包括姓名、年齡、生日等信息

5. 實例解析：

   （1）key是用戶id，value是一個Map。
   （2）這個Map的key是成員的屬性名，value是屬性值；
   （3）這樣對數據的修改和存取都可以直接通過其內部的Map的key（redis裏稱內部Map的key爲field），也就是key(用戶名id)+field(屬性名)就可以操作對應屬性數據了。

6. 注意：

   （1）redis提供了接口（hgetall）可以直接取到全部的屬性數據，但是如果內部Map的成員很多，那麼涉及到遍歷整個Map的操作。
   （2）由於redis單線程模型的緣故，這個遍歷操作可能會比較耗時，而令其他客戶端的請求完全響應不到，這點需要注意。

List類型

1. list類型實質是一個每個元素都是string類型的雙向鏈表，這使得list既可以用作棧，也可以用作隊列。
2. list類型經常會被用於消息隊列的服務，以完成多程序之間的消息交換。
3. 常用命令：lpush、rpush、lpop、rpop、lrange等。
4. 應用場景：實現最新消息排行等功能，還有消息隊列。

5. 簡單消息隊列舉例分析：

   （1）假設一個應用程序執行lpush向鏈表中添加新的元素，我們通常將這樣的程序稱之爲“生產者(producer)”；
   （2）而另外一個應用程序正在執行rpop操作從鏈表中取出元素，我們稱這樣的程序爲“消費者(consumer)”；
   （3）在消費者消費消息的過程中，需要不停調用rpop查看list中是否有待處理消息。每調用一次都會發起一次鏈接，造成不必要的浪費。
   （4）另外，如果生產者速度大於消費者速度，消息隊列長度會一直增大，時間久了會佔用大量內存空間；
   （5）所以，可以使用brpop命令，這個命令只有在有元素時返回，沒有則會阻塞直到超時返回null。

Set類型

1. set類型是string類型的無序集合。
2. set集合的概念就是一堆不重複值的組合。
3. set元素最大可以包含（2的32次方-1）個元素。
4. set內部實現是一個value永遠爲null的HashMap。
5. set對外提供的功能與list類似是一個列表的功能，特殊之處在於set時可以自動排重的。
6. 常用命令：sadd、spop、smembers、sunion等。
7. 當你需要存儲一個列表數據，又不希望出現重複數據時，set是一個很好的選擇。
8. 並且set提供了判斷某個成員是否在一個set集合內的重要接口，這個是list不能提供的。
9. 利用set數據結構，可以存儲一些集合性的數據，比如在微博應用中，可以將一個用戶所有的關注人存在一個集合中，將其所有粉絲存在一個集合。
10. redis還爲集合提供了求交集、並集、差集等操作，可以非常方便的實現如共同關注、共同喜好、二度好友等功能。

Zset類型

1. 和set一樣，sorted set也是stirng類型元素的集合。不同的是每個元素都會關聯一個double類型的score，元素順序由score決定。
2. sorted set是插入有序的，即自動排序。
3. 常用命令：zadd、zrange、zrem、zcard等。
4. 當你需要一個有序的並且不重複的集合列表時，那麼可以選擇sorted set數據結構。

5. 應用舉例：

   （1）例如存儲全班同學的成績，其集合value可以是同學的學號，而score就可以是成績。
   （2）排行榜應用，根據得分列出topN的用戶等。

pub/sub

1. subscribe、unsubscribe和publish三個命令實現了發佈與訂閱泛型。
2. 發送者（發送信息的客戶端）不是直接將信息發給特定的接收者（接受信息的客戶端），而是將信息發給頻道（channel），然後由頻道將信息轉發給所有對這個頻道感興趣的訂閱者。
3. 發送者無需知道任何關於訂閱者的信息，而訂閱者也無需知道是哪個客戶端給它發送信息，它只要關注自己感興趣的頻道即可。
4. 發佈／訂閱在redis中，被設計的非常輕量級和簡潔，它做到了消息的發佈和訂閱的基本能力；但是尚未提供關於消息持久化等各種企業級的特性。
5. 一個redis client發佈消息，其他多個redis client訂閱消息，發佈的消息即發即失，redis不會持久保存發佈的消息；消息訂閱者也只能得到訂閱後的消息，通道中此前的消息無從獲得。
6. 消息發佈者，即publish客戶端，無需獨佔鏈接，你可以在publish消息的同時，使用同一個redis-client鏈接進行其他操作（如incr等）；
7. 消息訂閱者，即subscribe客戶端，需要獨佔鏈接，即進行subscribe期間，redis-client無法穿插其他操作。
8. 此時client以阻塞的方式等待publish端的消息，因此subscribe需要使用單獨的鏈接，甚至需要在額外的線程中使用。
9. tcp默認連接時間固定，如果在這世間內sub端沒有接收到pub端消息，或pub端沒有消息產生，sub端的連接都會強制回收。
10. 這就需要特殊手段解決，用定時器來模擬pub和sub之間的保活機制，定時器時間不能超過tcp最大連接時間。
11. 一旦subscribe端斷開鏈接，將會失去部分消息，即鏈接失效期間的消息將會被丟失，所以，這裏需要考慮redis的list來持久化；

12. 如果你非常關注每個消息，那麼你應該基於redis做一些額外的補充工作，如果你希望訂閱是持久的，那麼如下設計思路可以借鑑：

    （1）subscribe端：首先向一個set集合中增加“訂閱者id”，此set集合保存了“活躍訂閱”者；訂閱者id標記每個唯一的訂閱者，此set爲“活躍訂閱者集合”。
    （2）subscribe端開啓訂閱操作，並基於redis創建一個以訂閱者id爲key的list數據結構，此list中存儲了所有的尚未消費的消息，此list稱爲“訂閱者消息隊列”；
    （3）publish端：每發佈一條消息之後，publish端都需要遍歷活躍訂閱者集合，並依次向每個“訂閱者消息隊列”尾部追加此次發佈的消息；
    （4）到此爲止，我們基本可以保證，發佈的每一條消息，都會持久的保存在每個“訂閱者消息隊列”中；
    （5）subscribe端，每接收到一個訂閱消息，在消費周後，必須刪除自己的“訂閱者消息隊列”頭部的一條消息；
    （6）subscribe端啓動時，如果發現自己的“訂閱者消息隊列”中有殘存記錄，那麼將會首先消費這些消息，然後再去訂閱。

13. 以上方法可以保證成功到達的消息必消費不丟失

transactions

1. redis事務可以一次執行多個命令。

2. 一個事務從開始到執行會經歷三個階段：

   （1）開始事務
   （2）命令入隊
   （3）執行事務

3. 事務是一個單獨的隔離操作：事務中的所有命令都會序列化、按順序執行。
4. 事務在執行的過程中，不會被其他客戶端發送來的命令請求所打斷。
5. 單個redis命令的執行時原子性的，但redis沒有在事務上增加任何維持原子性的機制，所以redis事務的執行並不是原子性的。
6. 事務可以理解爲一個打包的批量執行腳本，但批量指令並非原子化的操作，中間某條指令的失敗不會導致前面已做指令的回滾，也不會造成後續的指令不做。
7. multi、exec、discard和watch命令是redis事務的基礎。

8. multi：

   （1）multi命令用於開啓一個事務，它總是返回ok。
   （2）multi命令執行之後，客戶端可以繼續向服務器發送任意多條命令；
   （3）這些命令不會立即被執行，而是被放到一個隊列中；
   （4）當exec命令被調用時，所有隊列中的命令纔會被執行。

9. exec：

   （1）exec命令負責觸發並執行事務中的所有命令；
   （2）如果客戶端在使用multi開啓了一個事務後，卻因爲斷線而沒有成功執行exec命令，那麼事務中所有的命令都不會被執行。
   （3）另一方面，如果客戶端成功在開啓事務之後執行exec命令，那麼事務中的所有命令都會被執行。

10. discard：

    （1）通過調用discard，客戶端可以清空事務隊列，並放棄執行事務。

11. watch：

    （1）watch命令可以爲redis事務提供check-and-set （CAS）行爲。 
    （2）watch使得exec命令有條件的執行：事務只能在所有被監控健都沒有被修改的前提下執行，如果這個前提不能滿足，事務就不會執行。
    （3）如果你用watch監視來一個帶過期時間的健，那麼即使這個健過期了，事務仍然可以執行。
    （4）watch可以被調用多次，對健的監視從watch被執行之後就生效，直到調用exec爲止。
    （5）當exec被調用時，不管事務是否被成功執行，對所有健的監視都會被取消。
    （6）當客戶端斷開鏈接時，該客戶端對健的監視也會被取消。