Redis详解以应用场景

一、Redis简介1.1 什么是RedisRedis Remote Dictionary Service远程字典服务传统数据库 数据存储在磁盘访问需要磁盘IO └── 速度慢但数据持久化 Redis 所有数据存储在内存 └── 速度极快断电丢失Redis的核心特征内存数据库所有数据在内存中访问速度极快KV数据库通过Key查找Value键值对存储数据结构数据库Value可以是多种数据结构不只是字符串1.2 支持的数据结构数据结构说明典型场景String字符串缓存、计数器、分布式锁List双向链表队列、消息队列、最新列表Hash哈希表存储对象、购物车Set无序集合好友关系、抽奖Zset有序集合排行榜二、String类型2.1 常用命令命令说明示例SET key value设置值SET name zhangsanGET key获取值GET nameINCR key原子1INCR countINCRBY key n原子nINCRBY count 10DECR key原子-1DECR countDECRBY key n原子-nDECRBY count 5SETNX key valuekey不存在才设置SETNX lock 1DEL key删除DEL nameSETBIT key offset 0/1设置位SETBIT sign 5 1GETBIT key offset获取位GETBIT sign 5BITCOUNT key统计1的个数BITCOUNT sign2.2 存储对象JSON// 用户对象{name:zhangsan,age:18,city:beijing}SET user:1 {name:zhangsan,age:18,city:beijing} GET user:1适用场景对象结构稳定不需要频繁修改字段整个对象一起读取不适用场景对象某个字段需要频繁修改需要对字段单独操作2.3 计数器场景场景统计访问量、点赞数、播放量INCR video:play:1001# 播放量1INCR user:login:20240101# 今日登录次数1DECR stock:1001# 库存-1DECRBY account:1001100# 账户扣减100为什么用INCR不用GETSET错误方式 count GET cnt count count 1 SET cnt count # 问题两个请求同时读到count10都变成11丢失一次 正确方式 INCR cnt # Redis保证原子性不会丢失2.4 分布式锁场景分布式锁的核心操作加锁确保只有一个客户端能获取锁释放锁只能释放自己加的锁加锁命令SET lock uuid NX EX30SET lock uuid NX EX 30 │ │ │ │ └─ 30秒自动过期防止死锁 │ │ │ └───── 设置过期时间 │ │ └──────── 只有key不存在时才设置 │ └───────────── uuid作为唯一标识 └───────────────── 锁的名称释放锁命令Lua脚本保证原子性ifGET(lock)uuidthenDEL(lock)end完整流程客户端A 客户端B SET lock A NX EX 30 - OK SET lock B NX EX 30 - 失败已存在 业务操作... 等待... DEL lock - OK ... DEL lock - 失败已超时A已自动删除SETNX的排他功能SETNX lock 1 - 成功返回1获取锁 SETNX lock 1 - 失败返回0锁已被占用2.5 位运算场景场景月签到统计思路 - 一个月31天用一个字符串表示 - 第N天签到SETBIT key 30-N 1 - 统计 BITCOUNT key 得到签到天数日期2024年1月 第1天签到SETBIT sign:202401 30 1 # 索引30 第5天签到SETBIT sign:202401 26 1 # 索引26 第10天签到SETBIT sign:202401 21 1 # 索引21 BITCOUNT sign:202401 # 返回3本月签到3天位图结构索引31 30 29 28 27 26 25 ... 22 21 ... 2 1 0 第1天 0 1 0 0 0 0 0 ... 0 0 ... 0 0 0 第5天 0 1 0 0 0 1 0 ... 0 0 ... 0 0 0 第10天0 1 0 0 0 1 0 ... 0 1 ... 0 0 0 BITCOUNT 3签到3天优势31天只用4字节内存极省BITCOUNT O(n) 统计很快适合海量用户签到统计三、List类型3.1 常用命令命令说明示例LPUSH key value左插入LPUSH queue task1RPUSH key value右插入RPUSH queue task2LPOP key左弹出LPOP queueRPOP key右弹出RPOP queueLRANGE key start end范围查询LRANGE queue 0 -1LREM key count value删除元素LREM queue 1 task1BRPOP key timeout阻塞右弹出BRPOP queue 0BLPOP key timeout阻塞左弹出BLPOP queue 0LTRIM key start end裁剪保留范围LTRIM queue 0 993.2 队列与栈队列FIFO - 先进先出LPUSH RPOP 起点 ──────────────────────────────── 终点 [A] [B] [C] [D] [E] [A] [B] [C] [D] [E] │ │ └───────────────────────────┘ RPUSH LPOP 也能实现栈FILO - 先进后出LPUSH LPOP 或 RPUSH RPOP [A] [B] [C] LPOP - [C] - [A] [B] LPOP - [B] - [A] LPOP - [A]3.3 阻塞队列普通队列的问题生产者LPUSH task # 放入任务 消费者RPOP queue # 取出任务 │ └── 如果队列空RPOP返回nil消费者需要轮询阻塞队列解决方案消费者BRPOP queue 0 │ └── 队列空时阻塞0表示永远等待 └── 有任务时立即返回 └── 超时则返回nil超时时间的作用BRPOP queue 10 │ └── 阻塞最多10秒 └── 10秒内有任务就返回 └── 10秒内没任务返回nil防止永远阻塞3.4 异步消息队列生产者系统RPUSH mq:orders order_id_1 RPUSH mq:orders order_id_2 RPUSH mq:orders order_id_3消费者系统BRPOP mq:orders 0 # 阻塞等待收到 order_id_1 处理任务... BRPOP mq:orders 0 # 收到 order_id_2 处理任务...特点不同系统间通过Redis解耦生产者只管发消费者只管收支持多个消费者实现负载均衡3.5 最新列表窗口场景展示最新商品、最新评论用户发表新评论 LPUSH comments:user:1 comment_123 LTRIM comments:user:1 0 9 # 只保留最新10条 展示最新10条 LRANGE comments:user:1 0 9流程LTRIM key 0 9 的效果 插入前[c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c11] │ ▼ 裁剪后[c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10] # c11被删除 每次新数据进来旧数据自动淘汰四、Hash类型4.1 常用命令命令说明示例HSET key field value设置字段HSET user:1 name zhangsanHGET key field获取字段HGET user:1 nameHMSET key f1 v1 f2 v2批量设置HMSET user:1 age 18 city bjHMGET key field1 field2批量获取HMGET user:1 name ageHINCRBY key field n字段原子nHINCRBY user:1 age 1HLEN key获取字段数量HLEN user:1HDEL key field删除字段HDEL user:1 name4.2 存储对象 vs String存储对象String存储整个对象SET user:1 {name:zhangsan,age:18,city:beijing} │ ├── 优点简单整个对象一起操作 │ └── 缺点 ├── 修改单个字段需要GET - 解JSON - 修改 - SET ├── 无法单独对某个字段做原子操作 └── 字段多的对象解析开销大Hash存储字段级操作HSET user:1 name zhangsan HSET user:1 age 18 HSET user:1 city beijing │ ├── 优点 │ ├── 修改单个字段HSET user:1 age 19 │ ├── 原子操作HINCRBY user:1 age 1 │ └── 不用解析JSON直接操作字段 │ └── 缺点 └── 字段不能太多hash结构有上限对比操作StringHash读取整个对象GETHGETALL修改单个字段GET-修改-SETHSET字段原子加减不支持HINCRBY内存占用较低较高4.3 购物车场景购物车数据结构key: cart:user:1001 field value ──────────── ───────── item:sku:001 2 # 商品001买2件 item:sku:002 1 # 商品002买1件 item:sku:003 5 # 商品003买5件购物车操作添加商品 HSET cart:user:1001 item:sku:001 2 增加数量 HINCRBY cart:user:1001 item:sku:001 1 减少数量 HINCRBY cart:user:1001 item:sku:001 -1 查看商品数量 HGET cart:user:1001 item:sku:001 删除商品 HDEL cart:user:1001 item:sku:001 查看购物车所有商品 HGETALL cart:user:1001 购物车商品数量 HLEN cart:user:1001为什么用Hash而不是StringString方式不推荐 SET cart:user:1001:sku:001 2 SET cart:user:1001:sku:002 1 # 问题商品数量无法原子操作遍历麻烦 Hash方式推荐 HSET cart:user:1001 item:sku:001 2 HSET cart:user:1001 item:sku:002 1 # 同一用户的购物车在一个key下操作方便五、Set类型5.1 常用命令命令说明示例SADD key member添加成员SADD tags pythonSCARD key获取成员数SCARD tagsSMEMBERS key获取所有成员SMEMBERS tagsSISMEMBER key member判断是否成员SISMEMBER tags pythonSRANDMEMBER key count随机取成员SRANDMEMBER tags 3SPOP key count随机弹出成员SPOP tags 1SDIFF key1 key2差集SDIFF tags1 tags2SINTER key1 key2交集SINTER tags1 tags2SUNION key1 key2并集SUNION tags1 tags25.2 好友关系场景共同好友用户A的好友SADD friends:A alice bob carol david 用户B的好友SADD friends:B bob carol eve frank 查询共同好友 SINTER friends:A friends:B └── 结果[bob, carol]好友推荐可能认识用户A的好友SADD friends:A alice bob carol 用户B的好友SADD friends:B alice eve A认识B认识的人推荐 SDIFF friends:B friends:A └── 结果[eve] # 推荐A认识eve流程图推荐算法 1. 找到目标用户的所有好友 2. 找到这些好友的所有好友 3. 排除目标用户已经认识的人 4. 剩下的就是推荐列表5.3 抽奖场景简单抽奖参与抽奖 SADD lottery:20240101 user001 SADD lottery:20240101 user002 SADD lottery:20240101 user003 查看参与人数 SCARD lottery:20240101 随机抽取1个中奖者 SRANDMEMBER lottery:20240101 1 随机抽取3个中奖者 SRANDMEMBER lottery:20240101 3一次性抽奖抽完不能重复中抽取1个 SPOP lottery:20240101 1 └── 返回中奖者同时从名单删除 抽取3个 SPOP lottery:20240101 3两种方式区别SRANDMEMBER查看抽奖名单不减少参与者 SPOP弹出中奖者参与者数量减少六、Zset有序集合类型6.1 常用命令命令说明示例ZADD key score member添加成员ZADD rank 100 aliceZSCORE key member获取分数ZSCORE rank aliceZRANK key member获取排名升序ZRANK rank aliceZREVRANK key member获取排名降序ZREVRANK rank aliceZRANGE key start end按排名查升序ZRANGE rank 0 9ZREVRANGE key start end按排名查降序ZREVRANGE rank 0 9ZINCRBY key n member分数nZINCRBY rank 10 alice6.2 排行榜场景积分排行榜用户AliceZADD rank 850 alice 用户Bob ZADD rank 1200 bob 用户CarolZADD rank 950 carol查询排名从高到低第1名到第10名 ZREVRANGE rank 0 9 WITHSCORES 结果 1) bob 1200 2) carol 950 3) alice 850 查看某用户排名 ZREVRANK rank alice └── 返回 2第3名 查看某用户分数 ZSCORE rank alice └── 返回 850用户积分变化Alice点赞10 ZINCRBY rank 10 alice Bob被踩-50 ZINCRBY rank -50 bob完整流程图用户行为 - 更新积分 - ZINCRBY rank score user_id │ v 查询排行榜 - ZREVRANGE rank 0 9 WITHSCORES │ v 展示第1名 xxx 1200分 第2名 yyy 950分 ...6.3 Zset vs Set 核心区别特性SetZset成员无序无序分数无有用于排序查询随机按排名典型场景好友关系、抽奖排行榜七、应用场景总结7.1 String类型总结应用场景 ├── 缓存SET user:1 json_data ├── 计数器INCR view:video:001 ├── 分布式锁SET lock uuid NX EX 30 └── 位运算SETBIT sign:202401 30 17.2 List类型总结应用场景 ├── 队列LPUSH BRPOP ├── 栈LPUSH LPOP ├── 最新列表LPUSH LTRIM └── 消息队列跨系统异步通信7.3 Hash类型总结应用场景 ├── 对象存储HSET user:1 name zhangsan └── 购物车HSET cart:user:1 item:sku:001 27.4 Set类型总结应用场景 ├── 好友关系SINTER friends:A friends:B ├── 推荐好友SDIFF friends:B friends:A └── 抽奖SRANDMEMBER lottery 37.5 Zset类型总结应用场景 └── 排行榜ZADD rank score user; ZREVRANGE rank 0 9八、面试追问FAQ问题答案Redis为什么这么快纯内存操作单线程避免竞争IO多路复用Redis和MySQL如何选热数据放Redis冷数据放MySQL两者配合使用String能存多大数据单个value最大512MB但一般不超过10MBHash适合存什么字段频繁变化的对象如购物车、用户信息Zset用什么算法实现跳表SkipList 哈希表查找和排序都快分布式锁为什么不直接DEL可能删了别人的锁需要先判断uuid再删除Redis过期键的删除策略惰性删除访问时检查 定期删除定时扫描根据零声教育教学写作https://github.com/0voice