Redis命令详解以及存储原理

news2024/11/16 3:44:55

Redis是什么

  • 远程字典服务
    • 分布式场景重的一个单独的节点。
    • 请求回应的模式：发起请求，处理之后得到回应的结果。
    • 字典的形式存储&索引数据。
  • 内存数据库
    • 数据在内存中，不可以出现需要的内存不在内存中而在磁盘中
    • 速度快，内存100ns，磁盘一次IO10ms
  • kv数据库
    • 关系型数据库：b+树索引
    • kv数据库：通过key索引数据
  • 数据结构数据库
    • string：字节串（不是以\0作为分隔符，是用长度描述的）
    • list：链表
    • hash：
    • zset：有序集合（member确定唯一，score确定有序）
    • set：集合
    • stream：消息队列，通常用kafka
    • hyperloglog：基于统计的数据，概率型数据结构
    • 。。。

认识Redis

  • key：都是字节串，用户定义的名字。
  • value：使用什么命令决定。

安装编译

git clone https://github.com/redis/redis.git -b 6.2
cd redis
make -j32
sudo make install

启动

mkdir redis-server
cd redis-server
redis-server redis.conf
redis-cli
>auth [password]

Redis命令

set teacher king
# ok
keys *
#1) "teacher"
get teacher
# "king"
lpush teachers mark darren king
# (integer) 3
lrange teachers 0 -1
hset teacher:10001 name mark
hset teacher:10001 age 30
hset teacher:10001 sex 1
hgetall teacher:10001
sadd teacher:set mark king darren
smembers teacher:set
zadd teacher:rank 98 mark 99 darren 100 king
zrange teacher:rank 0 -1 withscores
zadd teacher:rank 101 mark

Redis存储结构

  • key通过哈希，生成一个64位的整数。Redis维护一个恰好大于n的2的n次幂的数组。对key取余，得到数组的索引值。kv对存储在索引下面，有多个的时候用链表链接。
  • list是一个双向循环链表
  • list，hash和zset可能会使用压缩列表，数据少的时候使用（7.0之后是listpack不记录最后偏移，时间复杂度差不多）
  • zset：跳表
  • set：整形数组，如果元素使整数，那就是整数有序数组
  • string：动态字节串
object encoding teacher # 查看value的类型
incr teacher
incr counter # 没有自动创建为0然后+1
incrby counter 100
decr counter 1
setnx counter 10000
setbit bitstr 1 1
setbit bitstr 2 1
getbit bitstr 3
bitcount bitstr 0 -1

Redis存储转换

String

字符数组，这不是字符串的意思，是字节串。也就是说，redis的string是可以有’\0’符号的。该字符串是动态字符串raw，字符串长度小于1M时，加倍扩容；超过1M每次只扩容1M；字符串的最大长度为512M；
由于String是二进制安全字符串，所以他可以存储图片，二进制协议等二进制数据。

基础命令

# 设置key的val值
set key val
# 获取key的val值
get key
# 执行原子加1操作
incr key
# 执行原子加一个整数的操作
incrby key increment
# 执行原子减1操作
decr key
# 执行原子操作减一个整数
drcrby key increment
# 如果key不存在就等于set，如果存在就什么都不做
setnx key value
# 删除key val键值对
del key
# 设置动态字符串，节省内存
setbit key offset value
# 获取offset处的bit值
getbit key offset
# 统计字符串设置为1的数量
bitcount key [start end]

存储结构

字符串长度小于20且能转化为整数，则用int存储;
字符串长度小于等于44，使用embstr；
字符串长度大于44，使用raw；

实际使用

对象存储
set role:1001 '{["name"]:"lennlouis",["sex"]:"male",["age"]:21}'
set role:1002 '{["name"]:"selena",["sex"]:"female",["age"]:20}'
get role:1001
  • 用在属性字段极少改变的时候
  • redis客户端（redisinsight）使用:来构建树状目录；
  • 存储json格式的value，方便业务解析；
累加器
# 统计阅读数 累加1
incr reads
# 累加100
incrby reads 100

分布式锁

    # 尝试将lock的值设置为1
    setnx lock 1
    # 尝试将lock的值设置为一个唯一的标识符uuid
    setnx lock uuid
    #设置过期时间为30s，每个客户端只有一把有效期为30s的锁
    set lock uuid nx ex 30

    # 释放锁
    del lock
    if (get(lock) == uuid)
    	del(lock);

位运算

setbit sign:10001:202106 1 1
# 计算 2021年6月份 的签到情况
bitcount sign:10001:202106
# 获取 2021年6月份 第二天的签到情况 1 已签到 0 没有签到
getbit sign:10001:202106 2

List

双向链表的实现，列表首尾操作（删除和增加）时间复杂度为o(1)；查找中间元素时间复杂度为o(n)；

列表中数据是否压缩的依据

  • 元素长度小于48，不压缩；
  • 元素压缩前后长度差不超过8，不压缩；

基础命令

# 从队列左侧入队一个或者多个元素
lpush key value [value ...]
# 从队列左侧弹出一个元素
lpop key
# 从队列右侧入队一个或多个元素
rpush key value [value ...]
# 从队列右侧弹出一个元素
rpop key
# 返回差从队列的start和end之间的元素
lrange key start end
# 从存于key的列表里移除前count次出现的值为value的元素
# list没有去重功能
lrem key count value
# 他是rpop的阻塞版本，因为这个命令会在给定list无法弹出任何元素的时候阻塞链接
brpop key timeout # 超时时间 + 延时队列

应用

队列（先进先出FIFO）
lpush+rpop
# 或者
rpush+lpop
阻塞队列
lpush+brpop
rpush+blpop
异步消息队列

一般不用，会选择kafka这种消息队列。

获取固定窗口记录

hash

散列表，在很多高级语言中包含这种数据结构；C++`unordered_map`通过key快速索引value；

基础命令

# 获取key对应hash中的field
hget key field
# 设置key对应hash中的field
hset key field value
# 设置多个hash键值对
hmset key field1 value1 field2 value2 ... fieldn valuen
# 获取多个field值
hmget key field1 field2 ... fieldn
# 给key对应hash中的field对应的值加1
hincrby key field increment
# 获取key对应的hash中有几个键值
hlen key
# 删除key对应的hash键值对
hdel key field

存储结构

节点数量大于512（hash-max-ziplist-entries）或者所有字符串长度大于64（hash-max-ziplist-value），则使用dict实现；如果节点数量小于等于512且有一个字符串小于64,则使用ziplist。

应用

存储对象
hmset hash:10001 name jiejie age 18 sex male
# 与string比较
set hash:10001 '{["name"]:"mark",["sex"]:"male",["age"]:18}'
# 如果现在要更新数据将年龄改为19岁
# hash
hset hash:10001 age 19
# string
set hash:10001 '{["name"]:"mark",["sex"]:"male",["age"]:19}'
购物车

set

集合：用来存储唯一性字段，不要求有序；

存储不需要有序，操作需要有序。（在取出数据后使用排序算法排序）

基础命令

sadd key member [member ...]
scard key
smembers key
sismember key member
srandmember key [count]
spop key [count]
sdiff key [key ...]
sinter key [key ...]
sunion key [key ...]

存储结构

元素都为整数且节点数量小于等于512，则使用整数数组存储；

元素中有一个不是整数或者节点数量大于512，则使用字典存储；

应用

抽奖
# 添加抽奖用户
sadd Award:1 10001 10002 10003 10004 10005 10006
sadd Award:1 10009
# 查看所有抽奖用户
smembers Award:1
# 抽取用户
srandmember Award:1 10
共同关注
sadd follow:A xiaomin lihua liuwei zhuzhu
sadd follow:B xiaomin lihua liuwei
sinter follow:A follow:B
推荐好友
sadd follow:A xiaomin lihua liuwei zhuzhu
sadd follow:B xiaomin lihua liuwei
# B可能认识的人
sdiff sinter follow:A follow:B

zset

有序集合：用来实现排行榜，是一个唯一有序的集合。

基础命令

zadd key [NX|XX] [CH] [INCR] score member [score member ...]
zrem key member [member ...]
zscore key member
zincrby key increment member
zcard key
zrank key member
zrange key start stop [WITHSCORES]
zrevrange key start stop [WITHSCORES]

存储结构

节点数量大于128或者有一个字符串长度大于64,则使用跳表；

节点数量小于等于128且所有字符串长度小于等于64,则使用`ziplist`；

数据少的时候，节省空间；O(n)

数据多的时候，访问性能；O(1) 或者 O(log2n)

应用

百度热榜

# 点击新闻 增加一个热度
zincrby hot:20240711 1 10001
zincrby hot:20240711 1 10002
zincrby hot:20240711 1 10003
zincrby hot:20240711 1 10004
zincrby hot:20240711 1 10005
zincrby hot:20240711 1 10006
zincrby hot:20240711 1 10007
zincrby hot:20240711 1 10008
zincrby hot:20240711 1 10009
zincrby hot:20240711 1 10010
zincrby hot:20240711 1 10011
zincrby hot:20240711 1 10012
zincrby hot:20240711 1 10013
zincrby hot:20240711 1 10014
zincrby hot:20240711 1 10015
# 获取排行榜
zrevrange hot:20240711 0 14 withscores

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