Redis的使用和原理

目录

1.初识Redis

1.1 Redis是什么？

1.2 Redis的特性

1.2.1 速度快

1.2.2 基于键值对的数据结构服务器

1.2.3 丰富的功能

1.2.4 简单稳定

1.2.5 持久化

1.2.6 主从复制

1.2.7 高可用和分布式

1.3 Redis的使用场景

1.3.1 缓存

1.3.2 排行榜系统

1.3.3 计数器应用

1.3.4 社交网络

1.3.5 消息队列

2.Redis常见的数据类型

2.1 基本全局命令

2.1.1 KEYS

2.1.2 EXISTS

2.1.3 DEL

2.1.4 EXPIRE

2.1.5 TTL

2.1.6 TYPE

2.2 数据结构和内部编码

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1.初识Redis

1.1 Redis是什么？

Redis是一个在内存中存储数据的中间件，用于作为数据库，用于作为数据缓存，在分布式系统中有很大的用处，由于Redis将所有的数据存储在内存中，所以Redis的读写性能非常高效

1.2 Redis的特性

1.2.1 速度快

1）Redis数据存储在内存中，所以就比访问硬盘的数据库快很多

2）Redis的核心功能都是比较简单的操作内存的数据结构

3）从网络的角读看，Redis使用了IO多路复用的方式，一个线程管理多个socket

4）Redis使用了单线程模型，减少了不必要的线程之间的竞争开销

1.2.2 基于键值对的数据结构服务器

Redis是一种基于键值对的NoSQL数据库，与很多键值对数据库不同的是，Redis中的值可以是由String、hash、list、set、zset（有序集合）、Bitmaps（位图）等多种数据结构和算法组成，因此Redis可以满足很多的应用场景

1.2.3 丰富的功能

除了5中数据结构，Redis海提供了许多额外的功能：

1）提供了键过期功能，可以用来实现缓存

2）提供了发布订阅功能，可以用来实现消息系统

3）支持Lua脚本功能，可以利用Lua创建出新的Redis命令

4）提供了简单的事务功能，能在一定程度上保证事务特性

5）提供了流水线功能，客户端能将一批命令一次性传到Redis，减少了网络的开销

1.2.4 简单稳定

Redis的简单主要表现在三个方面，首先，Redis的源码很少，相对于很多NoSQL数据库来说代码量相对要少很多。其次，Redis使用单线程模型，使得Redis服务端处理模型变得简单。最后，Redis不需要依赖其他操作系统中的类库，自己实现了事件处理的相关功能

1.2.5 持久化

通常看，将数据放在内存中不安全，一旦发生断电，重要的数据可能就会丢失，因此Redis提供了两种持久化的方式：RDB和AOF，使用两种策略将内存的数据保存到硬盘中，这样就保证了数据的可持久化

1.2.6 主从复制

Redis提供了复制功能，实现了多个相同的Redis副本，复制功能是分布式Redis的基础

1.2.7 高可用和分布式

Redis提供了高可用实现的Redis哨兵（Redis Sentinel），能够保证Redis结点的故障发现和故障自动转移，也提供了Redis集群（Redis Cluster），是真正的分布式实现，提供了高可用、读写和容量的扩展性

1.3 Redis的使用场景

1.3.1 缓存

缓存机制几乎在所有的网站都有使用，合理的使用缓存可以加速数据的访问速度，Redis提供了键值对过期时间设置，并且也提供了灵活控制最大内存和内存溢出后的淘汰策略

1.3.2 排行榜系统

Redis提供了列表和有序集合的结构，合理地使用这些数据结构可以很方便地构建各种排行榜系统

1.3.3 计数器应用

在视频网站中，每播放一次视频播放量就加1，如果并发量很大对于传统关系型数据的性能是⼀种挑战，Redis天然支持计数功能而且计数的性能也非常好，可以说是计数器系统的重要选择

1.3.4 社交网络

由于社交网站访问量通常比较大，而且传统的关系型数据不太合适保存这种类型的数据，Redis提供的数据结构可以相对比较容易地实现这些功能

1.3.5 消息队列

消息队列系统可以说是一个大型网站的必备基础组件，因为其具有业务解耦、非实时业务削峰等特性。Redis提供了发布订阅功能和阻塞队列的功能，对于一般的消息队列功能基本可以满足

2.Redis常见的数据类型

2.1 基本全局命令

Redis由5中数据结构，它们都是键值对中的值，对于键来说有一些通用的命令

2.1.1 KEYS

返回所有满足样式的key，例如

h?llo匹配hello，hallo和hxllo，?匹配任意一个字符

h*llo匹配hllo，hello，heeeello，*匹配0个或者多个任意字符

h[ae]llo匹配hello和hallo，[ae]只能匹配a和e

h[^e]匹配hallo，hxllo，[^e]排除e，其他都能匹配

h[a-b]llo匹配hallo和hbllo，只匹配a-b之间的范围，包含两侧边界

keys的时间复杂度是O(N)，其中keys *（查询redis中的所有key）

2.1.2 EXISTS

判断某个key是否存在

时间复杂度：O(1)

返回值：key存在的个数

2.1.3 DEL

删除指定的key

时间复杂度：O(1)

返回值：删除掉key的个数

2.1.4 EXPIRE

为指定的key添加秒级的过期时间，key存活时间超过指定的值就会被自动删除

时间复杂度：O(1)

返回值：1表示设置成功，0表示设置失败

2.1.5 TTL

获取指定key的过期时间，秒级

时间复杂度：O(1)

返回值：剩余时间。-1表示没有关联过期时间，-2表示key不存在

2.1.6 TYPE

返回key对应的数据类型，Redis的所有key都是String，key对应的value可能会存在多种类型

时间复杂度：O(1)

返回值：none，string，list，set，zset，hash，stream

总结：

keys：用来查看匹配规则的key

exists：用来判定指定key是否存在

del：删除指定的key

expire：给key设置过期时间

ttl：查询key的过期时间

type：查询key对应的value的类型

2.2 数据结构和内部编码

type命令实际返回的就是当前键的数据结构类型，它们分别是：String、list、hash、set、zest，这些只是Redis对外的数据结构

Redis数据结构和内部编码

String

raw：最基本的字符串

int：redis通常也可以用来实现一些"计数"功能，当value是一个整数的时候，此时可能redis会直接使用int来保存

embstr：针对短字符串进行的特殊优化

hash

hashtable：最基本的哈希表

ziplist：压缩列表，当哈希表里面的元素比较少时，可能就优化成ziplist，从而节省空间

list

linkedlist：链表

ziplist：压缩列表

从Redis3.2开始，引入新的实现方式quicklist，它同时兼顾了linkedlist和ziplist的优点，其中quicklist就是一个链表，每个元素又是一个ziplist，兼顾到时间和空间

set

intset：集合中存的都是整数

zset

skiplist：跳表

上述每种数据结构都有至少两种以上的内部编码实现，其中可以通过object encoding命令来查询内部编码

hello对应值的内部编码时embstr，mylist对应值的内部编码时ziplist

Redis这样设计有两个好处：

1）可以改进内部编码，而对外的数据结构和命令没有任何影响，因此一旦开发出更优秀的内部编码，无需改动外部数据结构和命令，形成了高内聚低耦合，例如Redis3.2提供了quicklist，它是结合了ziplist和linkedlist两者的优点，为列表类型提供了一种更为优秀的内部编码实现，用户是感知不到的

2）多种内部编码实现可以在不同场景下发挥各自的优势，例如ziplist比较节省内存，但是在列表元素比较多的情况下，性能会下降，这时候Redis会根据配置选项将列表类型的内部实现转换为
linkedlist，整个过程用户也感知不到