Redis之基礎知識總結
一、支持的基本的數據類型
1.1. 五大數據類型
Redis有5個基本數據結構，string、list、hash、set和zset。它們是日常開發中使用頻率非常高應用最爲廣泛的數據結構，
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String類型
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String是redis最基本的類型，一個key對應一個value，sring類型是二進制安全的。redis的string可以包含任何數據。Sring類型是Redis最基本的數據類型，一個鍵最大能存儲512MB。 -
Redis的字符串是動態字符串，是可以修改的字符串，內部結構實現上類似於Java的ArrayList，採用預分配冗餘空間的方式來減少內存的頻繁分配。 -
內部爲當前字符串實際分配的空間
capacity一般要高於實際字符串長度len。當字符串長度小於1M時，擴容都是加倍現有的空間，如果超過1M，擴容時一次只會多擴1M的空間。 -
針對
String的一些操作：127.0.0.1:6379> set name zhangsan # 初始化字符串 OK 127.0.0.1:6379> get name # 獲取字符串 "zhangsan" 127.0.0.1:6379> strlen name # 字符串長度 (integer) 8 127.0.0.1:6379> getrange name 2 4 # 獲取子串 key值和開始和結束位置 "ang" 127.0.0.1:6379> setrange name 2 6666 # 覆蓋子串 將會把子串 6666 從2位置開始覆蓋 (integer) 8 127.0.0.1:6379> get name # 覆蓋之後的子串 "zh6666an" 127.0.0.1:6379> append name 123456789 # 追加子串 (integer) 17 127.0.0.1:6379> get name # 追加之後的子串 "zh6666an123456789" 127.0.0.1:6379> -
將作爲計數器使用
127.0.0.1:6379> set index 10 # 設置 index 值爲 10 OK 127.0.0.1:6379> get index "10" 127.0.0.1:6379> incrby index 1 # 增加一 (integer) 11 127.0.0.1:6379> get index # 增加一後爲11 "11" 127.0.0.1:6379> decrby index 1 # 減去一 (integer) 10 127.0.0.1:6379> get index # 減去一位10 "10" 127.0.0.1:6379> incr index # 加一 (integer) 11 127.0.0.1:6379> decr index # 減一 (integer) 10 127.0.0.1:6379> -
過期刪除操作
127.0.0.1:6379> expire index 5 # 設置過期時間 (integer) 1 # 1 成功 0 key不存在 127.0.0.1:6379> ttl index # 獲取還有多久過期 (integer) -2 # -2 表示變量不存在， -1 表示設置過期時間 返回正常正數爲還有多少秒過期 127.0.0.1:6379> del name # 刪除 (integer) 1 # 刪除成功返回1 127.0.0.1:6379> get name # 獲取 (nil) # b變量不存在 127.0.0.1:6379> ```
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list類型
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Redis將列表數據結構命名爲list而不是array，是因爲列表的存儲結構用的是鏈表而不是數組，而且鏈表還是雙向鏈表。因爲它是鏈表，所以隨機定位性能較弱，首尾插入刪除性能較優。如果list的列表長度很長，使用時我們一定要關注鏈表相關操作的時間複雜度。 -
負下標 鏈表元素的位置使用自然數
0,1,2,....n-1表示，還可以使用負數-1,-2,...-n來表示，-1表示「倒數第一」，-2表示「倒數第二」，那麼-n就表示第一個元素，對應的下標爲0。 -
隊列／堆棧 鏈表可以從表頭和表尾追加和移除元素，結合使用
rpush/rpop/lpush/lpop四條指令，可以將鏈表作爲隊列或堆棧使用，左向右向進行都可以 -
list的一些操作：
在日常應用中，列表常用來作爲異步隊列來使用
127.0.0.1:6379> rpush code go java # 將值value插入到列表key的表尾，當且僅當key存在並且是一個列表。 (integer) 2 127.0.0.1:6379> rpush code python php c c++ (integer) 6 127.0.0.1:6379> rpop code # 移除並返回列表key的尾元素 "c++" 127.0.0.1:6379> rpop code "c" 127.0.0.1:6379> lpop code # 移除並返回列表key的頭元素 "go" 127.0.0.1:6379> lpop code "java" 127.0.0.1:6379> lrange code 0 -1 # 查看列表中的元素 0 開始位置， -1爲最後一個位置 1) "python" 2) "php" 127.0.0.1:6379> lpush code 12345 # 往表頭插入數據 (integer) 3 127.0.0.1:6379> lrange code 0 -1 # 將12345 插入到了表頭 1) "12345" 2) "python" 3) "php" 127.0.0.1:6379> lpush code java1 java2 # 插入多個值 (integer) 6 127.0.0.1:6379> lrange code 0 -1 1) "java2" 2) "java1" 3) "rust" 4) "12345" 5) "python" 6) "php" 127.0.0.1:6379> llen code # 獲取列表的長度 (integer) 6 127.0.0.1:6379> lindex code 2 # 訪問位置2的數據 "rust" 127.0.0.1:6379> lset code 1 js # 修改位置1的數據 OK 127.0.0.1:6379> lrange code 0 -1 1) "java2" 2) "js" 3) "rust" 4) "12345" 5) "python" 6) "php" 127.0.0.1:6379> linsert code after js js1 # 在js數據之後插入數據 (integer) 7 127.0.0.1:6379> lrange code 0 -1 1) "java2" 2) "js" 3) "js1" 4) "rust" 5) "12345" 6) "python" 7) "php" 127.0.0.1:6379> linsert code before js js2 # 在js數據之前插入數據 (integer) 8 127.0.0.1:6379> lrange code 0 -1 1) "java2" 2) "js2" 3) "js" 4) "js1" 5) "rust" 6) "12345" 7) "python" 8) "php" 127.0.0.1:6379> lrem code 1 js # 元素刪除 (integer) 1 127.0.0.1:6379> lrange code 0 -1 1) "java2" 2) "js2" 3) "js1" 4) "rust" 5) "12345" 6) "python" 7) "php" 127.0.0.1:6379> ltrim code -4 -1 # 截取定長數據， 其他部分將被捨去 OK 127.0.0.1:6379> lrange code 0 -1 1) "rust" 2) "12345" 3) "python" 4) "php" 127.0.0.1:6379> -
快速列表
如果再深入一點，你會發現
Redis底層存儲的還不是一個簡單的linkedlist，而是稱之爲快速鏈表quicklist的一個結構。首先在列表元素較少的情況下會使用一塊連續的內存存儲，這個結構是ziplist，也即是壓縮列表。它將所有的元素緊挨着一起存儲，分配的是一塊連續的內存。當數據量比較多的時候纔會改成quicklist。因爲普通的鏈表需要的附加指針空間太大，會比較浪費空間。比如這個列表裏存的只是int類型的數據，結構上還需要兩個額外的指針prev和next。所以Redis將鏈表和ziplist結合起來組成了quicklist。也就是將多個ziplist使用雙向指針串起來使用。這樣既滿足了快速的插入刪除性能，又不會出現太大的空間冗餘。
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hash類型-
哈希等價於
Java語言的HashMap或者是Python語言的dict，在實現結構上它使用二維結構，第一維是數組，第二維是鏈表，hash的內容key和value存放在鏈表中，數組裏存放的是鏈表的頭指針。通過key查找元素時，先計算key的hashcode，然後用hashcode對數組的長度進行取模定位到鏈表的表頭，再對鏈表進行遍歷獲取到相應的value值，鏈表的作用就是用來將產生了「hash碰撞」的元素串起來。Java語言開發者會感到非常熟悉，因爲這樣的結構和HashMap是沒有區別的。哈希的第一維數組的長度也是2^n。 -
一些常規操作：
127.0.0.1:6379> hset code name zhangsan # 增加一個元素 (integer) 1 127.0.0.1:6379> hmset code lisi threeClass wangwu fourClass # 增加多個元素 OK 127.0.0.1:6379> hget code name # 通過key獲取值 "zhangsan" 127.0.0.1:6379> hgetall code # 獲取所有的值 1) "name" 2) "zhangsan" 3) "lisi" 4) "threeClass" 5) "wangwu" 6) "fourClass" 127.0.0.1:6379> hkeys code # 獲取所有的key 1) "name" 2) "lisi" 3) "wangwu" 127.0.0.1:6379> hvals code # 獲取所有的value 1) "zhangsan" 2) "threeClass" 3) "fourClass" 127.0.0.1:6379> hdel code name # 獲取key 爲name的數據 (integer) 1 127.0.0.1:6379> hgetall code 1) "lisi" 2) "threeClass" 3) "wangwu" 4) "fourClass" 127.0.0.1:6379> hdel code lisi wangwu # 刪除多個 (integer) 2 127.0.0.1:6379> hgetall code (empty list or set) 127.0.0.1:6379> hexists code name # 查看name存在， 存在返回1 不存在返回0 (integer) 1 127.0.0.1:6379> hexists code naaa (integer) 0 127.0.0.1:6379> hset code name lisi # 計數器，使用，不能使字符串 (integer) 1 127.0.0.1:6379> hincrby code name 1 # 加一操作，這樣會報錯 (error) ERR hash value is not an integer 127.0.0.1:6379> hset code name 1 # 將name值設置爲1 (integer) 0 127.0.0.1:6379> hincrby code name 1 # 加一操作之後就成爲 2 (integer) 2 127.0.0.1:6379> hgetall code 1) "name" 2) "2" 127.0.0.1:6379> hdel code name # 刪除元素 (integer) 1 127.0.0.1:6379> hexists code name # 是否存在 存在1 不存在0 (integer) 0 127.0.0.1:6379> ``` 3. **擴容** 當`hash`內部的元素比較擁擠時(`hash`碰撞比較頻繁)，就需要進行擴容。擴容需要申請新的兩倍大小的數組，然後將所有的鍵值對重新分配到新的數組下標對應的鏈表中(`rehash`)。如果`hash`結構很大，比如有上百萬個鍵值對，那麼一次完整`rehash`的過程就會耗時很長。這對於單線程的`Redis`裏來說有點壓力山大。所以`Redis`採用了漸進式`rehash`的方案。它會同時保留兩個新舊`hash`結構，在後續的定時任務以及`hash`結構的讀寫指令中將舊結構的元素逐漸遷移到新的結構中。這樣就可以避免因擴容導致的線程卡頓現象。 4. **縮容** `Redis`的`hash`結構不但有擴容還有縮容，從這一點出發，它要比`Java`的`HashMap`要厲害一些，`Java`的`HashMap`只有擴容。縮容的原理和擴容是一致的，只不過新的數組大小要比舊數組小一倍。
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set類型-
Java程序員都知道
HashSet的內部實現使用的是HashMap，只不過所有的value都指向同一個對象。Redis的set結構也是一樣，它的內部也使用hash結構，所有的value都指向同一個內部值。 -
一些常用的方法：
127.0.0.1:6379> sadd index name sex age height # 添加元素 (integer) 4 127.0.0.1:6379> smembers index # 列出所有元素 1) "sex" 2) "name" 3) "height" 4) "age" 127.0.0.1:6379> scard index # 統計元素 (integer) 4 127.0.0.1:6379> srandmember index # 隨機獲取某一元素 "age" 127.0.0.1:6379> srem index sex # 刪除元素 (integer) 1 127.0.0.1:6379> spop index # 隨機刪除一個元素 "height" 127.0.0.1:6379> sismember index sex # 檢驗某一元素是否存在，0 不存在 1存在 (integer) 0 127.0.0.1:6379> sismember index name (integer) 1 127.0.0.1:6379>
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sortset類型-
SortedSet(zset)是Redis提供的一個非常特別的數據結構，一方面它等價於Java的數據結構Map，可以給每一個元素value賦予一個權重score，另一方面它又類似於TreeSet，內部的元素會按照權重score進行排序，可以得到每個元素的名次，還可以通過score的範圍來獲取元素的列表。 -
zset底層實現使用了兩個數據結構，第一個是hash，第二個是跳躍列表，hash的作用就是關聯元素value和權重score，保障元素value的唯一性，可以通過元素value找到相應的score值。跳躍列表的目的在於給元素value排序，根據score的範圍獲取元素列表。 -
一些常用操作：
127.0.0.1:6379> zadd info 14 age # 增加一元素 (integer) 1 127.0.0.1:6379> zadd info 15 name 17 height # 增加多個元素 (integer) 2 127.0.0.1:6379> zcard info # 獲取元素個數 (integer) 3 127.0.0.1:6379> zrem info name # 刪除元素 (integer) 1 127.0.0.1:6379> zadd info 5 sex (integer) 1 127.0.0.1:6379> zincrby info 1 sex # 加一操作 "6" 127.0.0.1:6379> zincrby info 3 sex # 加三操作 "9" 127.0.0.1:6379> zrange info 0 -1 # 獲取所有元素 1) "lisi" 2) "sex" 3) "age" 4) "height" 127.0.0.1:6379> zrank info sex # 指定元素的正向排名 (integer) 1 127.0.0.1:6379> zrevrank info sex # zrevrank指令獲取指定元素的反向排名[倒數第一名] (integer) 2 127.0.0.1:6379> zscore info sex # 獲取元素的權重 "9" 127.0.0.1:6379> zrange info 0 -1 withscores # 攜帶權重正向輸出 1) "lisi" 2) "7" 3) "sex" 4) "9" 5) "age" 6) "14" 7) "height" 8) "17" 127.0.0.1:6379> zrevrange info 0 -1 withscores # 攜帶權重反向輸出 1) "height" 2) "17" 3) "age" 4) "14" 5) "sex" 6) "9" 7) "lisi" 8) "7" 127.0.0.1:6379> zrangebyscore info -inf +inf withscores # 通過zrangebyscore指令指定score範圍獲取對應的元素列表 -inf 負無窮 +inf 正無窮 1) "lisi" 2) "7" 3) "sex" 4) "9" 5) "age" 6) "14" 7) "height" 8) "17" 127.0.0.1:6379> zrevrangebyscore info +inf -inf withscores # 通過zrevrangebyscore指令獲取倒排元素列表 1) "height" 2) "17" 3) "age" 4) "14" 5) "sex" 6) "9" 7) "lisi" 8) "7" 127.0.0.1:6379>
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二、簡述機制原理
Redis使用的是NIO中的多路IO複用的機制，能夠非常好的支持併發，從而保持線程安全。
Redis單線程，也就是底層採用一個線程維護多個不同的客戶端io操作。
但是NIO在不同的操作系統上實現的方式有所不同，在我們windows操作系統使用select實現輪訓時間複雜度是爲o(n)，而且還存在空輪訓的情況，效率非常低， 其次是默認對我們輪訓的數據有一定限制，所以支持上萬的tcp連接是非常難。
在linux操作系統採用epoll實現事件驅動回調，不會存在空輪訓的情況，只對活躍的 socket連接實現主動回調這樣在性能上有大大的提升，所以時間複雜度是爲o(1)。
nginx、redis都能夠非常高支持高併發，最終都是linux中的IO多路複用機制epoll, Redis底層採用nio epoll實現。
三、使用場景
- Token令牌的生成
- 短信驗證碼Code
- 緩存查詢數據
- 網頁計數器
- 分佈式鎖
- 延遲操作
四、 SpringBoot整合
4.1. 依賴
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<!-- 需要引入pools，否則會報類無法找到 -->
<dependency>
<groupId>org.apache.commons</groupId>
<artifactId>commons-pool2</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<optional>true</optional>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
<exclusions>
<exclusion>
<groupId>org.junit.vintage</groupId>
<artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>
</dependencies>
4.2. 配置文件
# Redis服務器地址
spring.redis.host=192.168.252.135
# Redis數據庫索引
spring.redis.database=0
# Redis密碼
spring.redis.password=123456
# 端口
spring.redis.port=6379
# 連接池最大連接數，負值無限制
spring.redis.lettuce.pool.max-active=8
# 連接池最大阻塞等待時間 負值無限制
spring.redis.lettuce.pool.max-wait=-1ms
# 關機超時時間
spring.redis.lettuce.shutdown-timeout=100ms
# 最小空閒連接數
spring.redis.lettuce.pool.min-idle=0
4.3. 使用例子
@RestController
public class RedisController {
@Autowired
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
@GetMapping("/getData")
public String load(@RequestParam("name") String name) {
stringRedisTemplate.opsForValue().set("name", name, TimeUnit.SECONDS.toSeconds(60));
return "success";
}
}
4.4. Redis客戶端區別
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Jedis：是Redis的Java實現客戶端，提供了比較全面的Redis命令的支持， -
Redisson：實現了分佈式和可擴展的Java數據結構。 -
Lettuce：高級Redis客戶端，用於線程安全同步，異步和響應使用，支持集羣，Sentinel，管道和編碼器。
總體來說：優先使用Lettuce，如果需要分佈式鎖，分佈式集合等分佈式的高級特性，添加Redisson結合使用，因爲Redisson本身對字符串的操作支持很差。
文章第二部分的Redis數據類型參考文章地址：https://juejin.im/post/5b53ee7e5188251aaa2d2e16