Redis 数据类型 String 字符串

Redis 中的 String 数据类型 是最基础且使用最广泛的数据类型之一。它本质上是一个字节序列，可以存储各种类型的数据，如字符串、整数、浮点数等，其字符串类型的值包含⼀般格式的字符串或者类似 JSON、XML 格式的字符串；还可以存储⼆进制流数据，例如图⽚、⾳频、视频等，不过⼀个字符串的最⼤值不能超过 512 MB。String 数据类型支持多种操作，包括设置、获取、更新、追加等。

String 数据类型的特点

存储任意数据：Redis 的 String 数据类型可以存储任意类型的数据，包括文本、数字等。
原子操作：所有对 String 的操作都是原子性的，即在执行过程中不会被其他操作打断。
内存优化：Redis 会根据 String 的大小和内容自动选择合适的内部编码方式，以优化内存使用。

String 的内部编码

Redis 的 String 数据类型有三种内部编码方式：

int：当字符串值可以表示为整数时，使用 8 字节的长整型编码。
embstr：当字符串长度较短（小于等于 39 字节）时，使用嵌入式字符串编码。
raw：当字符串长度较长时，使用原始字符串编码。

由于 Redis 内部存储字符串完全是按照⼆进制流的形式保存的，所以 Redis 是不处理字符集编码问题的，客⼾端传⼊的命令中使⽤的是什么字符集编码，就存储什么字符集编码。有时候我们存储的值为中文汉字时，读取时会变成乱码，这时我们可以使用如下命令重新启动客户端：

redis-cli --raw

使用 --raw 参数可以让 redis-cli 以原始二进制形式输出数据，而不是进行格式化，这对于处理二进制数据或非 ASCII 字符（如中文）非常有用。

常见命令

设置和获取键值

SET

将 string 类型的 value 设置到 key 中。如果 key 之前存在则覆盖，⽆论原来的数据类型是什么，之前关于此 key 的 TTL 也全部失效。

语法：

SET key value [expiration EX seconds|PX milliseconds] [NX|XX]

时间复杂度：O(1)

选项：

SET 命令⽀持多种选项来影响它的⾏为：
EX seconds⸺使⽤秒作为单位设置 key 的过期时间。
PX milliseconds⸺使⽤毫秒作为单位设置 key 的过期时间。
NX ⸺只在 key 不存在时才进⾏设置，即如果 key 之前已经存在，设置不执⾏。
XX ⸺只在 key 存在时才进⾏设置，即如果 key 之前不存在，设置不执⾏。

注意：带选项的 SET 命令可以被 SETNX 、 SETEX 、 PSETEX 等命令代替。

返回值：

如果设置成功，返回 OK。
如果由于 SET 指定了 NX 或者 XX 但条件不满⾜，SET 不会执⾏，并返回 (nil)。

示例：

MSET

⼀次性设置多个 key 的值。

语法：

MSET key value [key value ...]

时间复杂度：O(N) N 是 key 数量

返回值：永远是 OK

⽰例：

GET

获取 key 对应的 value。如果 key 不存在，返回 nil。如果 value 的数据类型不是 string，会报错。

语法：

GET key

时间复杂度：O(1)

返回值：key 对应的 value，或者 nil 当 key 不存在。

MGET

⼀次性获取多个 key 的值。如果对应的 key 不存在或者对应的数据类型不是 string，返回 nil。

语法：

MGET key [key ...]

时间复杂度：O(N) N 是 key 数量

返回值：对应 value 的列表

⽰例：

使⽤ mget / mset 由于只进行一次 IO 就可以完成多条命令，可以有效地减少了⽹络时间，所以性能相较更⾼。假设⽹络耗时 1 毫秒，命令执⾏时间耗时 0.1 毫秒，则执⾏时间如表所⽰。

操作	时间
1000 次 get	1000 x 1 + 1000 x 0.1 = 1100 毫秒
1 次 mget 1000 个键	1 x 1 + 1000 x 0.1 = 101 毫秒

学会使⽤批量操作，可以有效提⾼业务处理效率，但是要注意，每次批量操作所发送的键的数量也不是⽆节制的，否则可能造成单⼀命令执⾏时间过⻓，导致 Redis 阻塞。

APPEND

如果 key 已经存在并且是⼀个 string，命令会将 value 追加到原有 string 的后边。如果 key 不存在，则效果等同于 SET 命令。

语法：

APPEND KEY VALUE

时间复杂度：O(1)

返回值：追加完成之后 string 的⻓度。

⽰例：

GETRANGE

返回 key 对应的 string 的⼦串，由 start 和 end 确定（左闭右闭），可以使⽤负数表⽰倒数。-1 代表倒数第⼀个字符，-2 代表倒数第⼆个，其他的与此类似。超过范围的偏移量会根据 string 的⻓度调整成正确的值。

语法：

GETRANGE key start end

时间复杂度：O(N). N 为 [start, end] 区间的⻓度. 由于 string 通常⽐较短, 可以视为是 O(1)

返回值：string 类型的⼦串

⽰例：

SETRANGE

覆盖字符串的⼀部分，从指定的偏移开始。

语法：

SETRANGE key offset value

时间复杂度：O(N), N 为 value 的⻓度. 由于⼀般给的 value ⽐较短, 通常视为 O(1).

返回值：替换后的 string 的⻓度。

⽰例：

STRLEN

获取 key 对应的 string 的⻓度。当 key 存放的类似不是 string 时，报错。

语法：

STRLEN key

时间复杂度：O(1)

返回值：string 的⻓度。或者当 key 不存在时，返回 0。

⽰例：

计数命令

INCR

将 key 对应的 string 表⽰的数字加⼀。如果 key 不存在，则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的 string 不是⼀个整型或者范围超过了 64 位有符号整型，则报错。

语法：

INCR key

时间复杂度：O(1)

返回值：integer 类型的加完后的数值。

⽰例：

INCRBY

将 key 对应的 string 表⽰的数字加上对应的值。如果 key 不存在，则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的 string 不是⼀个整型或者范围超过了 64 位有符号整型，则报错。

语法：

INCRBY key decrement

时间复杂度：O(1)

返回值：integer 类型的加完后的数值。

⽰例：

DECR

将 key 对应的 string 表⽰的数字减⼀。如果 key 不存在，则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的 string 不是⼀个整型或者范围超过了 64 位有符号整型，则报错。

语法：

DECR key

时间复杂度：O(1)

返回值：integer 类型的减完后的数值。

⽰例：

DECYBY

将 key 对应的 string 表⽰的数字减去对应的值。如果 key 不存在，则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的 string 不是⼀个整型或者范围超过了 64 位有符号整型，则报错。

语法：

DECRBY key decrement

时间复杂度：O(1)

返回值：integer 类型的减完后的数值。

⽰例：

INCRBYFLOAT

将 key 对应的 string 表⽰的浮点数加上对应的值。如果对应的值是负数，则视为减去对应的值。如果 key 不存在，则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的不是 string，或者不是⼀个浮点数，则报错。允许采⽤科学计数法表⽰浮点数。

语法：

INCRBYFLOAT key increment

时间复杂度：O(1)

返回值：加/减完后的数值。

⽰例：

典型使⽤场景

缓存（Cache）功能

Redis 作为缓冲层，存储热点数据（如频繁访问的数据）， MySQL 作为存储层，作为持久化存储层，存储所有数据，绝⼤部分请求的数据都是从 Redis 中获取，因为Redis 是基于内存的键值存储，读取速度极快，能够快速响应用户的请求。由于 Redis 具有⽀撑⾼并发的特性，所以缓存通常能起到加速读写和降低后端压⼒的作⽤。

以下是 Redis 和 MySQL 之间的数据交互流程：

读取数据
- 应用程序首先尝试从 Redis 中读取数据。
- 如果 Redis 中存在数据（缓存命中），直接返回数据。
- 如果 Redis 中不存在数据（缓存未命中），应用程序从 MySQL 中读取数据，然后将数据写入 Redis 缓存，最后返回数据给用户。
写入数据
- 应用程序将数据写入 MySQL。
- 写入 MySQL 后，更新 Redis 缓存，以保证数据的一致性。
- 如果数据更新频繁，可以使用失效策略，如设置缓存的过期时间，让 Redis 在一定时间后自动失效缓存。

下⾯的伪代码模拟业务数据访问过程：

假设业务是根据⽤⼾ uid 获取⽤⼾信息，⾸先从 Redis 获取⽤⼾信息，我们假设⽤⼾信息保存在 "user:info:<uid>" 对应的键中：

UserInfo getUserInfo(long uid) {
// 根据 uid 得到 Redis 的键
string key = "user:info:" + uid;
// 尝试从 Redis 中获取对应的值
string value = Redis 执⾏命令：get key;
// 如果缓存命中（hit）
if (value != null) {
 // 假设我们的⽤⼾信息按照 JSON 格式存储
 UserInfo userInfo = JSON 反序列化(value);
 return userInfo;
}

如果没有从 Redis 中得到⽤⼾信息，及缓存 miss，则进⼀步从 MySQL 中获取对应的信息，随后写⼊缓存并返回：

// 如果缓存未命中（miss）
if (value == null) {
 // 从数据库中，根据 uid 获取⽤⼾信息
 UserInfo userInfo = MySQL 执⾏ SQL：select * from user_info where uid = <uid>
 // 如果表中没有 uid 对应的⽤⼾信息
 if (userInfo == null) {
 响应 404
 return null;
 }
 // 将⽤⼾信息序列化成 JSON 格式
 String value = JSON 序列化(userInfo);
 // 写⼊缓存，为了防⽌数据腐烂（rot），设置过期时间为 1 ⼩时（3600 秒）
 Redis 执⾏命令：set key value ex 3600 
 // 返回⽤⼾信息
 return userInfo;
}

通过增加缓存功能，在理想情况下，每个⽤⼾信息，⼀个⼩时期间只会有⼀次 MySQL 查询，极⼤地提升了查询效率，也降低了 MySQL 的访问数。

与 MySQL 等关系型数据库不同的是，Redis 没有表、字段这种命名空间，⽽且也没有对键名有强制要求（除了不能使⽤⼀些特殊字符）。但设计合理的键名，有利于防⽌键冲突和项⽬的可维护性，⽐较推荐的⽅式是使⽤ "业务名:对象名:唯⼀标识:属性" 作为键名。例如 MySQL 的数据库名为 vs，⽤⼾表名为 user_info，那么对应的键可以使⽤"vs:user_info:6379:name" 来表⽰。

计数（Counter）功能

许多应⽤都会使⽤ Redis 作为计数的基础⼯具，它可以实现快速计数、查询缓存的功能，同时数据可以异步处理或者落地到其他数据源。例如视频⽹站的视频播放次数可以使⽤ Redis 来完成：⽤⼾每播放⼀次视频，相应的视频播放数就会⾃增 1。

// 在 Redis 中统计某视频的播放次数
long incrVideoCounter(long vid) {
key = "video:" + vid;
long count = Redis 执⾏命令：incr key
return counter;
}

共享会话（Session）

⼀个分布式 Web 服务将⽤⼾的 Session 信息（例如⽤⼾登录信息）保存在各⾃的服务器中，但这样会造成⼀个问题：出于负载均衡的考虑，分布式服务会将⽤⼾的访问请求均衡到不同的服务器上，并且通常⽆法保证⽤⼾每次请求都会被均衡到同⼀台服务器上，这样当⽤⼾刷新⼀次访问是可能会发现需要重新登录，这个问题是⽤⼾⽆法容忍的。

为了解决这个问题，可以使⽤ Redis 将⽤⼾的 Session 信息进⾏集中管理，如图 2-13 所⽰，在这种模式下，只要保证 Redis 是⾼可⽤和可扩展性的，⽆论⽤⼾被均衡到哪台 Web 服务器上，都集中从 Redis 中查询、更新 Session 信息。

很多应⽤出于安全考虑，会在每次进⾏登录时，让⽤⼾输⼊⼿机号并且配合给⼿机发送验证码，

然后让⽤⼾再次输⼊收到的验证码并进⾏验证，从⽽确定是否是⽤⼾本⼈。为了短信接⼝不会频繁访问，会限制⽤⼾每分钟获取验证码的频率，例如⼀分钟不能超过 5 次，如图所⽰。

string SendCaptcha(phoneNumber) {
 key = "shortMsg:limit:" + phoneNumber;
 // 设置过期时间为 1 分钟 (60 秒),使⽤ NX，只在不存在 key 时才能设置成功
 bool r = Redis 执⾏命令：set key 1 ex 60 nx
 if (r == false) {
 // 说明之前设置过该⼿机的验证码了
 long c = Redis 执⾏命令：incr key
 if (c > 5) {
 // 说明超过了⼀分钟 5 次的限制了
 return nullptr;
 }
 }
 
 // 说明要么之前没有设置过⼿机的验证码；要么次数没有超过 5 次
 string validationCode = ⽣成随机的 6 位数的验证码();
 
 validationKey = "validation:" + phoneNumber;
 // 验证码 5 分钟（300 秒）内有效
 Redis 执⾏命令：set validationKey validationCode ex 300;
 
 // 返回验证码，随后通过⼿机短信发送给⽤⼾
 return validationCode ;
}
// 验证⽤⼾输⼊的验证码是否正确
bool CheckCaptcha(phoneNumber, validationCode) {
 validationKey = "validation:" + phoneNumber;
 
 string value = Redis 执⾏命令：get validationKey;
 if (value == null) {
 // 说明没有这个⼿机的验证码记录，验证失败
 return false;
 }
 
 if (value == validationCode) {
 return true;
 } else {
 return false;
 }
}