Redis

2023-05-16

NoSQL数据库

概述

NoSQL数据库,指的是非关系型的数据库。不依赖业务逻辑的方式存储,而是以简单的key-value模式存储。因此大大增加了数据库的扩展能力。

  1. 不遵循SQL标准
  2. 不支持ACID
    1. 原子性:事务的一组操作,要么都执行, 要么都不执行
    2. 一致性:满足数据完整性和一致性
    3. 隔离性:多个事务之间互不影响

      事务隔离分为不同级别:读未提交、读提交、可重复读、串行化

    4. 持久性:一旦事务提交,即使数据库故障也不会丢失信息
  3. 远超SQL的性能

NoSQL适用场景

  • 对数据进行高并发的读写
  • 海量数据的读写
  • 对数据高可扩展性

NoSQL数据的存在意义就是从关系型数据库以业务逻辑为依据的存储模式,变为以性能为最优先考虑的存储方式,目的就是为了提高性能。

NoSQL不适用场景

  • 需要事务支持
  • 基于sql的结构化查询存储,处理复杂的关系,即需要即席查询

常见NoSQL

  1. Memcache
    • 支持的数据类型比较单一
    • 不支持持久化操作
    • 多线程+锁
  2. Redis
    • 数据都在内存中,支持持久化,主要用作备份恢复
    • 除了支持简单的key-value模式,还支持多种数据结构的存储,比如list、set、hash、zset等
    • 一般作为缓存数据库辅助持久化的数据库
    • 单线程+多路IO复用
      • 实现了多线程的效果,比memcache效率更高
  3. MongoDB
    • 高性能、开源、模式自由的文档型数据库
    • 数据都在内存中
    • 虽然是key-value模式,但是对value(尤其是json)提供了丰富的查询功能
    • 支持二进制数据和大型对象
    • 可以根据数据的特点替代RDBMS,成为独立的数据库。或者配合RDBMS,存储特定的数据。

Redis安装

  1. 安装gcc
  2. redis官网找下载链接,用wget 下载安装包并解压
  3. 解压目录下编译make然后安装make install
  4. 安装后,将配置文件redis.conf复制到/etc下,并修改启动模式为后台启动,即修改redis.conf中daemonize no为yes
  5. 启动redis
    • redis-server /etc/redis.conf 以该配置启动(后台启动)
    • 打开客户端redis-cli
    • 查看进程ps -ef | grep redis
    • 测试验证:ping
      • 得到pong回复,则说明运行正常
  6. 关闭redis
    • redis cli shutdown
    • 或者查看进程号 kill -9 xxx

Redis常用五大数据类型

库命令

  • 默认16个数据库,下标从0开始,默认使用0号库
    • 使用select <dbid>来切换数据库,如select 1
    • 统一密码管理,所有库同样密码
  • dbsize查看当前数据库的key的数量
  • flushdb 清空当前库
  • flushall 通杀所有库

五大数据类型

键的基本操作

  • keys* 查看当前库所有key (匹配 keys *1
  • exists key 判断某个key是否存在
  • type key 查看你的key是什么类型
  • del key 删除执行的key数据
  • unlink key 根据value选择非阻塞删除
    • 仅将keys从keyspace元数据中删除,真正的删除会在后续异步操作
  • expire key 10 10秒种:为给定的key设置过期时间
  • ttl key 查看还有多少秒过期,-1表示永不过期,-2表示已过期

字符串String

简介

  • String是Redis最基本的数据类型,它是二进制安全的(意味着redis的String可以包含任何数据,比如jpg图片或者序列化的对象)
  • 一个Redis种字符串value最多可以是512M

常用命令

  • set <key><value>添加键值对
    • *NX 当数据库种key不存在时,可以将key-value添加进数据库
    • *XX 当数据库种key存在时,可以将key-value添加进数据库,与NX参数互斥
    • *EX key的超时秒数
    • *PX key的超时毫秒数,与EX互斥
  • get <key> 查询对应键值
  • append <key><value>将给定的<value>追加到原值的末尾
  • strlen <key> 获得值的长度
  • setnx <key><value> 只有在key不存在时,设置key的值

  • incr 数字加一
  • decr 数字减一
  • incrby/decrby <value> <步长> 数字增减自定义长度
  • 增减操作具有原子性,即原子操作不会被线程调度机制打断。Redis单命令的原子性主要得益于Redis的单线程(单线程+IO多路复用)
    • Java种的i++不是原子操作

  • mset <key1><value1> <key2><value2>... 同时设置多个key-value
  • mget <key1><key2>... 同时获取多个value
  • msetnx <key1><value1> <key2><value2>... 同时设置多个key-value,当且仅当所有给定key都不存在
  • 以上三个操作具有原子性,有一个失败则都失败

  • getrange <key> <起始位置><结束位置> 获得某范围内的值(左右都是闭区间)
  • setrange <key><起始位置><value>value覆盖从起始位置开始的值(索引从0开始

  • setex <key><过期时间><value> 设置键值的同时,设置过期时间,单位秒
  • getset<key><value> 以旧换新,设置新值同时获得旧值

数据结构

String的数据结构为简单动态字符串(Simple Dynamic String,缩写SDS)。是可以修改的字符串,内部结构类似Java的ArrayList,采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配。
在这里插入图片描述
当字符串长度小于1M时,扩容时加倍现有的空间,超过1M,扩容时只会多扩1M的空间。字符串的最大长度是512M。

列表list

简介

Redis列表是简单的字符串列表,按照插入顺序排序。可以添加一个元素到列表的头部(左边)或者尾部(右边)。它的底层实际上是双向链表,对两端的操作性能很高,通过索引下标的操作中间的节点性能比较差。

常用命令

  • lpush/rpush <key><value1><value2><value3>... 从左边/右边插入值
  • lpop/rpop <key> 从左边/右边吐出一个值。
  • rpoplpush <key1><key2>key1列表右边吐出一个值,插入到key2列表左边
  • lrange <key><start><stop> 按照索引下标获得元素(从左到右)
    • lrange <key> 0 -1 获取所有元素
  • index <key><index> 按照索引下标获得元素(从左到右)
  • llen <key> 获得列表长度

  • linsert <key> before/after <value> <newvalue><value>的前边或后边插入值
  • lrem <key> <n> <value> 从左边删除n各value
  • lset <key> <index> <value> 将列表key下标为index的值替换为value

数据结构

List的数据结构为快速链表quickList。
首先在列表元素较少的情况下会使用一块连续的内存空间, 这个结构是ziplist,即压缩列表。它将所有的元素紧挨着一块存储,分配的是一块连续的内存。当数据量比较多的时候才会改成quicklist
在这里插入图片描述
Redis将链表和ziplist结合起来组成quicklist。也就是将多个ziplist使用双向指针串起来。这样既满足了快速的插入删除性能,又不会出现太大的空间冗余。

集合set

简介

与list类似,但是具有去重功能。
Redis的Set是string类型的无序集合。它底层是一个value为null的哈希表,所以添加、删除、查找的复杂度都是O(1)

常用命令

  • sadd <key><value1><value2>... 将一个或多个member元素加入集合key种,已经存在的member元素被忽略
  • smembers <key>取出该集合的所有值
  • sismember <key> <value> 判断集合key是否含有value值
  • scard<key> 返回该集合的元素个数
  • srem <key><value1><value2>... 删除集合中的某个元素
  • spop <key> 随机从该集合种吐出一个值
  • srandmember <key> <n> 随机从该集合种取出n个值。不会删除成员。
  • smove <source> <des> value 把集合中一个值移动到另一个集合
  • sinter <key1> <key2> 返回两个集合的交集元素
  • sunion <key1><key2> 返回两个集合的并集元素
  • sdiff <key1><key2>返回两个集合的差集元素(在key1中,不在key2中)

数据结构

Set数据结构是dict字典,字典是用哈希表实现的。

哈希Hash

简介

Redis Hash是一个键值对集合,是一个stirng类型的field和value的映射表,hash特别适合用于存储对象,类似Java中的Map<String,Object>。

常用命令

  • hset <key><field><value>给key集合中field键赋值
  • hget <key><field> 从集合key中的field中取值value
  • hmset <key><field1><value1><field2><value2>... 批量设置hash的值
  • hexists<key1><field> 查看哈希表key中,给定域field是否存在
  • hkeys <key> 列出该hash集合的所有field
  • hvals <key> 列出该hash集合的所有value
  • hincrby <key><field><increment> 为哈希表key中的域field的值加上增量1 -1
  • hsetnx <key><field><value> 将哈希表key中的域field的值设置为value,当且仅当域不存在

数据结构

Hash类型对应的数据结构是两种:ziplist(压缩列表),hashtable(哈希表)。当field-value长度较短且个数较少时,是用ziplist,否则是用hashtable

有序集合Zset (sorted set)

常用命令

  • zadd <key><score1><value1><score2><value2>... 将一个或多个member元素及其score值(用于排序)添加到有序集合key中
  • zrange <key> <start> <stop> [withscores] 返回有序集合key中,下标在start和stop之间的元素(0 -1展示全部),带withscores,可以让分数一起和值返回到结果集中。
  • zrangebyscore key minmax [withscores] [limit offset count] 返回有序集合key中,所有score值介于min和max之间(闭区间)的成员。有序集成员按score值递增次序排列
  • zrevrangebyscore key maxmin [withscores] [limit offset count] 同上,改为从大到小排列
  • zincryby <key><increment><value> 为元素的score加上增量
  • zrem <key><value> 删除该集合下,指定值的元素
  • zcount <key> <min> <max> 统计集合,分数区间内的元素个数
  • zrank <key> <value> 返回该值在集合中的排名,从0开始

案例:如何利用zset实现文章访问量的排行榜

数据结构

SortedSet(Zset)是Redis提供的一个非常特别的数据结构,一方面它等价于Java的数据结构Map<String,Double>,可以给每个元素value赋予一个权重score,另一方面它又类似于TreeSet,内部的元素会按照权重score进行排序,可以得到每个元素的名次,还可以通过score的范围来获取元素的列表
zset底层使用了两个数据结构

  1. hash,hash的作用就是关联value和权重score,保障元素value的唯一性,通过元素value可以找到相应的score值
  2. 跳跃表,跳跃表的目的在于给元素value排序,根据score的范围获取元素列表
    在这里插入图片描述

Redis6的发布和订阅

什么是发布和订阅

Redis发布订阅(pub / sub)是一种消息通信模式:发送者(pub)发送消息,订阅者(sub)接收消息。
Redis客户端可以订阅任意数量的频道。

Redis6新数据类型

Bitmaps

HyperLogLog

Geospatial

Jedis操作Redis6

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