Redis的单线程讲解与指令学习

目录

一.Redis的命令

二.数据类型

三.Redis的key的过期策略如何实现？

四.Redis为什么是单线程的

五.String有关的命令

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Redis的学习专栏：http://t.csdnimg.cn/a8cvV

一.Redis的命令

两个基本命令 

      在Redis当中，有两个基本命令：get和set，顾名思义，获取和设置键值对。

SET命令：

        SET  key   value

GET命令：

        GET   key

注：如果key不存在，则返回一个nil  ；这个表示空值！如果返回的是二进制，启动Redis时，使用 redis  -cil  --raw  ；如此会自动转化

全局命令

        1.KEYS，查询当前服务器上匹配的key，类似MySQL的模糊查找，通过通配符来查找符合条件的key。老规矩：？匹配任意一个字符；*匹配0个字符或者多个字符；[ abcde ]表示只能匹配abcde；[^ a] 表示只有a不能匹配，其他都可以;[a-d]表示匹配a到d之间的字符。

注：这种时间复杂度为O(n)；一般禁用key *；原因：redis是一个单线程服务器，执行时间太长会导致Redis服务器阻塞。

keys he[abdo]ll0

通用命令

        exists命令，判断key是否存在，返回key存在的个数!时间复杂度为O(1)

exist key1 key2  //判断是否存在key1和key2

        DEL命令，删除指定的key，可一次删除一个或者多个，时间复杂度为O(1),返回删除的个数

del hello hi

        EXPIRE命令，设置key的过期时间。超出存活时间，自动删除。单位为秒级，时间复杂度为O（1）,返回1则是成功，0是失败。

expire hello second

        ttl命令，查询当前key的剩余存活时间，时间复杂度为O(1)，返回剩余时间，-1则是没有关联的时间，-2key值不存在

ttl  hello

        TYPE命令，返回的KEY对应的数据类型，Redis所有的key都是String类型，但value却有很多类型。

type key1

字符串命令

        APPEND命令，在字符串键值末尾追加值

APPEND key value

        INCR命令，增加存储在键中的整数值

INCR key

        DECR命令，减少存储在键中的整数值

 DECR key

哈希操作命令   

1. HSET key field value：在哈希表中设置字段的值。
2. HGET key field：获取哈希表中指定字段的值。
3. HDEL key field [field ...]：删除哈希表中一个或多个字段。
4. HGETALL key：获取哈希表中所有字段和值。

列表操作命令

1. LPUSH key value [value ...]：将一个或多个值插入到列表头部。
2. RPUSH key value [value ...]：将一个或多个值插入到列表尾部。
3. LPOP key / RPOP key：从列表头部或尾部弹出一个值。

集合操作命令

1. SADD key member [member ...]：向集合添加一个或多个成员。
2. SMEMBERS key：获取集合中的所有成员。
3. SREM key member [member ...]：从集合中移除一个或多个成员。

注：这些命令只是 Redis 提供的众多功能之一部分，每个命令都有多种选项和用法，可以根据具体的需求选择合适的命令来操作 Redis 数据库。

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二.数据类型

        Redis 支持多种数据类型，每种类型都有其特定的用途和适用场景。

字符串类型

        根据字符串的长度和内容采用不同的内部编码方式，以优化内存使用和操作效率。Redis 中的字符串类型可以使用以下三种内部编码：

1. int：当字符串可以被解释为整数时，Redis 会使用 int 编码。这种情况下，Redis 会将字符串转换为整数，并使用整数的形式来存储和操作。这种编码方式在节省内存空间和提高读取速度方面有显著优势，特别是对于包含很大整数的情况。

2. raw：raw 编码直接将字符串以字节数组的形式存储，没有进行进一步的优化。存储较短或者非整数的字符串时使用，保留了字符串原始的字节序列。

3. embstr：当字符串的长度小于等于 39 字节时，Redis 会使用 embstr 编码。embstr 编码将字符串的长度和内容紧密地存储在一个 Redis 对象中，避免了额外的内存分配和存储开销。这种编码方式适用于长度较小且频繁出现的字符串。

哈希类型

        存储哈希类型（Hash）时，也会根据哈希表的大小和内容采用不同的内部编码方式，以便于内存使用和操作效率的优化。Redis 中的哈希类型可以使用以下两种内部编码之一：

1. ziplist：当哈希表中包含的键值对数量较少，且每个键和值的大小都较小时，Redis 使用 ziplist 编码。ziplist 是一种紧凑且轻量级的数据结构，将所有的键值对紧凑地存储在一块连续的内存区域中。这种编码方式节省了内存空间，适合于存储少量的小键值对。

2. hashtable：当哈希表中包含的键值对数量较多，或者键和值的大小较大时，Redis 使用 hashtable 编码。hashtable 编码使用一个哈希表来存储键值对，通过哈希函数将键映射到哈希表的桶中。这种编码方式支持高效的查找、插入和删除操作，适用于大型哈希表和复杂的键值对结构。

列表类型

        存储列表类型（List）时，也会根据列表的大小和内容采用不同的内部编码方式，以优化内存使用和操作效率。Redis 中的列表类型可以使用以下两种内部编码之一：

1. ziplist：当列表中包含的元素数量较少，且每个元素的大小都较小时，Redis 使用 ziplist 编码。ziplist 是一种紧凑且轻量级的数据结构，将所有的列表元素紧凑地存储在一块连续的内存区域中。这种编码方式节省了内存空间，适合于存储少量的小元素列表。

2. linkedlist：当列表中包含的元素数量较多，或者元素的大小较大时，Redis 使用 linkedlist 编码。linkedlist 编码使用双向链表来存储列表元素，每个节点除了存储元素值外，还包含指向前一个节点和后一个节点的指针。这种编码方式支持高效的插入、删除和范围操作，适用于大型列表和复杂的元素结构。

注：在Redis3.2开始，引入了新的实现方式代替以上的内部编码，quicklist，兼顾了二者之间的优点。

集合类型

存储集合类型（Set）时，同样会根据集合的大小和内容采用不同的内部编码方式，以优化内存使用和操作效率。Redis 中的集合类型可以使用以下两种内部编码之一：

1. intset：当集合中的所有元素都是整数，并且元素的数量较少时，Redis 使用 intset 编码。intset 是一种紧凑的数据结构，它将整数元素存储在一个有序的整数数组中。这种编码方式非常节省内存，适合于存储少量的整数元素集合。

2. hashtable：当集合中包含的元素数量较多，或者元素不是整数时，Redis 使用 hashtable 编码。hashtable 编码使用哈希表来存储集合元素，通过哈希函数将元素映射到哈希表的桶中。这种编码方式支持高效的查找、插入和删除操作，适用于大型集合和复杂的元素结构。

有序类型

        有序集合（Sorted Set，简称 zset）也根据集合的大小和元素的特性选择不同的内部编码方式，以优化内存使用和操作效率。有序集合在 Redis 中可以使用以下两种内部编码之一：

1. ziplist：与列表类型类似，当有序集合中的成员数量较少且成员的大小较小时，Redis 使用 ziplist 编码。ziplist 将所有成员及其分数紧凑地存储在一块连续的内存区域中。这种编码方式节省了内存空间，适合存储少量的小型有序集合。

2. skiplist：当有序集合中包含的成员数量较多，或者成员的大小较大时，Redis 使用 skiplist 编码。skiplist 是一种有序的数据结构（跳表），通过多层链表实现，每层链表按照不同步长跳跃，以加快查找操作。这种编码方式支持快速的成员查找、按分数范围获取成员等操作，适用于大型有序集合和复杂的成员结构。

扩展资料：在Redis当中，我们可以查看数据类型的实际编码方式：OBJECT encoding key

三.Redis的key的过期策略如何实现？

        Key有很多，如何判断时间是否过期，需要被删除呢？难道每一次都要遍历key吗？效率方面极低。

Redis整体策略：

1. 定期删除：

   • Redis 默认采用的是定期删除机制。在这种机制下，Redis 每隔一段时间（默认是100ms）会随机检查一批设置了过期时间的 key，并删除其中已经过期的 key。这个过期时间检查是通过 Redis 的 evict （淘汰）算法来完成的。
   • 定期删除机制的优点在于，它可以在 Redis 服务器空闲时（比如在阻塞等待客户端命令的时候）执行，不会影响正常的读写操作。缺点是可能会导致过期的 key 存在一段时间。

2. 惰性删除：

   • 当客户端尝试访问某个 key 时，Redis 会先检查这个 key 是否过期，如果过期了，Redis 就会删除它，并返回 nil 或者空结果给客户端。这种删除策略称为惰性删除，因为它将过期检查和删除操作延迟到客户端访问时执行。
   • 惰性删除保证了只有在需要时才进行删除操作，避免了定期删除可能导致的性能开销和并发问题。但是，它也可能导致过期的 key 在一段时间内仍然存在于内存中。

四.Redis为什么是单线程的

        单线程 Redis 是指 Redis 的主要工作模型，它通过单个主线程来处理所有的客户端请求和操作。不会发生线程安全问题，因为请求是串行执行的。

问：为什么Redis使用单线程呢？

答： 

1. 减少竞争和复杂性：

   • 在多线程环境下，需要考虑线程之间的数据同步、锁竞争等问题，这会增加代码的复杂性和开发难度。
   • Redis 的单线程模型避免了多线程并发控制的复杂性，简化了代码实现和维护。

2. 避免上下文切换的开销：

   • 多线程环境下，频繁的线程切换（上下文切换）会消耗大量的 CPU 时间和资源，尤其是在高并发场景下。
   • 单线程模型减少了这种开销，使得 Redis 能够更有效地利用 CPU 资源来处理请求。

3. IO 多路复用的高效利用：

   • Redis 使用非阻塞的 IO 多路复用机制（如 epoll、kqueue），能够在单线程下处理大量的并发连接和请求。
   • 这种机制使得 Redis 能够保持低延迟和高吞吐量，即使在面对大量并发操作的情况下也能有效处理。

4. 原子性操作的保证：

   • Redis 的大部分操作是原子性的，单线程模型能够确保即使在高并发情况下，操作依然能够保持数据的一致性和可靠性。
   • 操作的原子性对于一个数据存储和缓存系统来说至关重要，特别是在需要保证事务性操作的应用场景下。

5. 内存操作的高效性：

   • Redis 是一个内存数据库和缓存服务器，对内存的读写效率非常重视。
   • 单线程模型可以更有效地利用 CPU 缓存，避免了多线程上下文切换频繁带来的性能损耗，从而提升了内存操作的效率。

Redis选择单线程模型是为了在保证简单性、高性能和高并发能力之间取得平衡。

问：难道单线程就一定那么好吗？

答：错误，Redis在执行当中，若有一个操作占用时间长，会导致阻塞到其他命令的执行！

问：既然是单线程，那么效率为什么这么高？

答：通过对比Mysql，redis访问的是内存，因此数据更快，而且核心功能比MySQL更简单。而且消耗资源少，所以不消耗cpu，速度很快！

还有一个重要的原因：IO多路复用：epoll事件通知

五.String有关的命令

        在Redis当中，所有的Key都是字符串，直接按照二进制数据方式存储。不存在内部编码，存什么，取什么！

SET命令

        SET key  value [ ex key 秒 | PX 毫秒] [ NX | XX ]

其中，NX指：仅在键不存在的情况下设置键的值。如果键已经存在，则 SET 操作将失败，不会对键进行任何操作。

         XX指：仅在键已经存在的情况下设置键的值。如果键不存在，则 SET 操作将失败，不会对键进行任何操作。

可能存在的改变：新的value值会覆盖旧的value值，改变原来的数据类型，原来的ttl，也会失效。

GET命令

        他希望他获取到的value值是字符串类型，所以其他类型会报错。

LRANGE:获取List的值、SMEMBERS获取的是Set类型的值、ZRANGE获取的是有序类型的值、

HGETALL获取的是Hash类型的值

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问：如果执行多次的get命令，会发生什么？

答：会涉及到多次的网络传输，因此我们可以选择使用MSET命令，一次执行多个KEY。同理，使用MGET，获取多个KEY值。

SET相关的命令 

SETNX：不存在键值，则设置

SETEX:    设置KEY的同时，设置过期时间  秒   setex   key1  秒  value

Psetex:    设置KEY的同时，设置过期时间，毫秒

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运算方面： 

incr  : value值+1             仅支持64位的数值                      例子：Incr  key

incrby：value值 + n                                                           例子：incrby  key  数字

decr : value值 - 1                                                               例子： decr  key

decrby: value值 - n                                                            例子：decrby KEY -8

incrbyfloat  : value  +/-小数                                                例子：incrbyfloat  key  -0.2/0.2

注：时间复杂度全是O(1),key不存在时，value值当作0处理.

拼接，修改/获取 字符串的部分内容，获取字符串长度。

append命令    ----- append key value

        如果可以已经存在，并且是String类型，命令会将value值追加在原有的String后边。如果KEY不存在，则效果等同于SET命令。返回值：长度字节！

getRange命令  ----   getRange  key  start  end

        GETRANGE 是用于获取指定字符串键的子串的命令,闭区间；负数索引表示从字符串末尾开始计算。例如，GETRANGE mykey 0 -1； 则是从下标0开始，截至到最后一个，也就是全部字符串。  如果字符串是汉字呢？截取返回的是什么？就是强制将切割，导致无法出现正常的字符！

setrange命令  ----  setrange  key  offset value

        Redis 中用于修改指定字符串键的子串的命令。Redis 将从指定偏移量开始，用给定的值替换相应位置的内容。如果偏移量超过了原字符串的长度，Redis 会自动扩展字符串，用空字节（'\x00'）来填充空白部分。

strlen命令 --- STRLEN key

        使用 STRLEN 命令时，Redis 返回指定键的字符串值的长度。对于空字符串或不存在的键名，STRLEN 命令将返回 0。

扩展：删除库的所有数据：FLUSHALL命令