Redis

• Redis简介
  • 使用redis有哪些好处
  • 　Redis 基本数据类型
    • 字符串
      • 应用场景
      • 实现方式
      • 与 String 相关的常用命令
    • 哈希
      • 应用场景
      • 实现方式
      • 与 Hash 相关的常用命令
      • 应谨慎使用的 Hash 相关命令
    • 列表
      • 应用场景
      • 实现方式
      • 与 List 相关的常用命令
      • 应谨慎使用的 List 相关命令
    • 集合
      • 应用场景
      • 实现方式
      • 与 Set 相关的常用命令
      • 慎用的 Set 相关命令
    • 排序集合
      • 应用场景
      • 实现方式
      • Sorted Set 的主要命令
      • 慎用的 Sorted Set 相关命令
    • Redis订阅发布模式
    • Redis事务
  • Redis的持久化
  • 常见面试题

Redis简介

• Redis 是一个开源的，基于内存的结构化数据存储媒介，可以作为数据库、缓存服务或消息服务使用。
• Redis支持多种数据结构，包括字符串、哈希表、链表、集合、有序集合、位图、Hyperloglogs 等。
• Redis具备LRU淘汰、事务实现、以及不同级别的硬盘持久化等能力，并且支持副本集和通RedisSentinel实现的高可用方案，同时还支持通过RedisCluster实现的数据自动分片能力。
• Redis:持久化功能、发布订阅功能、事务功能、过期键功能、复制、集群

Redis 的主要功能都基于单线程模型实现，也就是说 Redis 使用一个线程来服务所有的客户端请求，同时 Redis 采用了非阻塞式 IO，并精细地优化各种命令的算法时间复杂度，这些信息意味着：

• Redis 是线程安全的（因为只有一个线程），其所有操作都是原子的，不会因并发产生数据异常
• Redis 的速度非常快（因为使用非阻塞式 IO，且大部分命令的算法时间复杂度都是 O(1))
  使用高耗时的 Redis 命令是很危险的，会占用唯一的一个线程的大量处理时间，导致所有的请求都被拖慢。（例如时间复杂度为 O(N) 的 KEYS 命令，严格禁止在生产环境中使用）

本文只对 Redis 命令进行扼要的介绍，且只列出了较常用的命令。如果想要了解完整的 Redis 命令集，或了解某个命令的详细使用方法，请参考官方文档：https://redis.io/commands

使用redis有哪些好处

• 速度快，因为数据存在内存中，类似于HashMap，HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1)
• 支持丰富数据类型，支持string，list，set，sorted set，hash

###　Redis 基本数据类型

Redis类型	含义
String	字符串
Hash	字典
List	列表
Set	集合
Sorted set	有序集合
Pub/Sub	订阅
Transactions	事物

字符串

Redis 字符串是一个字节序列。 在 Redis 中字符串是二进制安全的，这意味着它们没有任何
特殊终端字符来确定长度，所以可以存储任何长度为 512 兆的字符串。String 是 Redis 的基础数据类型，Redis 没有 Int、Float、Boolean 等数据类型的概念，所有的基本类型在 Redis 中都以 String 体现。

127.0.0.1:6379> set key1 key1_test
OK
127.0.0.1:6379> get key1
"key1_test"

应用场景

String是最常用的一种数据类型，普通的key/value存储都可以归为此类；

实现方式

String在redis内部存储默认就是一个字符串，被redisObject所引用，当遇到incr、decr等操作时会转成数值型进行计算，此时redisObject的encoding字段为int。

与 String 相关的常用命令

• SET：为一个 key 设置 value，可以配合 EX/PX 参数指定 key 的有效期，通过 NX/XX 参数针对 key 是否存在的情况进行区别操作，时间复杂度 O(1)
• GET：获取某个 key 对应的 value，时间复杂度 O(1)
• GETSET：为一个 key 设置 value，并返回该 key 的原 value，时间复杂度 O(1)
• MSET：为多个 key 设置 value，时间复杂度 O(N)
• MSETNX：同 MSET，如果指定的 key 中有任意一个已存在，则不进行任何操作，时间复杂度 O(N)
• MGET：获取多个 key 对应的 value，时间复杂度 O(N)

上文提到过，Redis 的基本数据类型只有 String，但 Redis 可以把 String 作为整型或浮点型数字来使用，主要体现在 INCR、DECR 类的命令上：

• INCR：将 key 对应的 value 值自增 1，并返回自增后的值。只对可以转换为整型的 String 数据起作用。时间复杂度 O(1)
• INCRBY：将 key 对应的 value 值自增指定的整型数值，并返回自增后的值。只对可以转换为整型的 String 数据起作用。时间复杂度 O(1)
• DECR/DECRBY：同 INCR/INCRBY，自增改为自减。
• INCR/DECR 系列命令要求操作的 value 类型为 String，并可以转换为 64 位带符号的整型数字，否则会返回错误。
  也就是说，进行 INCR/DECR 系列命令的 value，必须在 [-2^63 ~ 2^63 - 1] 范围内。

前文提到过，Redis 采用单线程模型，天然是线程安全的，这使得 INCR/DECR 命令可以非常便利的实现高并发场景下的精确控制。

哈希

Redis哈希是键值对的集合。Redis哈希是字符串字段和字符串值之间的映射，所以它们用来表示对象。
Hash 的优点包括：

• 可以实现二元查找，如” 查找 ID 为 1000 的用户的年龄”
• 比起将整个对象序列化后作为 String 存储的方法，Hash 能够有效地减少网络传输的消耗
• 当使用 Hash 维护一个集合时，提供了比 List 效率高得多的随机访问命令

应用场景

我们要存储一个用户信息对象数据，其中包括用户ID、用户姓名、年龄和生日，通过用户ID我们希望获取该用户的姓名或者年龄或者生日

实现方式

Redis的Hash实际是内部存储的Value为一个HashMap，并提供了直接存取这个Map成员的接口。Key是用户ID, value是一个Map。这个Map的key是成员的属性名，value是属性值。这样对数据的修改和存取都可以直接通过其内部Map的Key(Redis里称内部Map的key为field), 也就是通过 key(用户ID) + field(属性标签) 就可以操作对应属性数据。

与 Hash 相关的常用命令

• HSET：将 key 对应的 Hash 中的 field 设置为 value。如果该 Hash 不存在，会自动创建一个。时间复杂度 O(1)
• HGET：返回指定 Hash 中 field 字段的值，时间复杂度 O(1)
• HMSET/HMGET：同 HSET 和 HGET，可以批量操作同一个 key 下的多个 field，时间复杂度：O(N)，N 为一次操作的 field 数量
• HSETNX：同 HSET，但如 field 已经存在，HSETNX 不会进行任何操作，时间复杂度 O(1)
• HEXISTS：判断指定 Hash 中 field 是否存在，存在返回 1，不存在返回 0，时间复杂度 O(1)
• HDEL：删除指定 Hash 中的 field（1 个或多个），时间复杂度：O(N)，N 为操作的 field 数量
• HINCRBY：同 INCRBY 命令，对指定 Hash 中的一个 field 进行 INCRBY，时间复杂度 O(1)

127.0.0.1:6379> hset h1 name name_test
(integer) 0
127.0.0.1:6379> hset h1 age 18
(integer) 0
127.0.0.1:6379> hget h1 name
"name_test"
127.0.0.1:6379> hgetall h1
1) "name"
2) "name_test"
3) "age"
4) "18"

应谨慎使用的 Hash 相关命令

• HGETALL：返回指定 Hash 中所有的 field-value 对。返回结果为数组，数组中 field 和 value 交替出现。时间复杂度 O(N)
• HKEYS/HVALS：返回指定 Hash 中所有的 field/value，时间复杂度 O(N)

上述三个命令都会对 Hash 进行完整遍历，Hash 中的 field 数量与命令的耗时线性相关，对于尺寸不可预知的 Hash，应严格避免使用上面三个命令，而改为使用 HSCAN 命令进行游标式的遍历， 具体请见 官方文档

列表

Redis 列表是简单的字符串列表，通过插入顺序排序。可以使用 LPUSH/RPUSH/LPOP/RPOP 等命令添加一个元素到 Redis 列表的头部或尾部. 其时间复杂度较高（O(N)）

应用场景

Redis list的应用场景非常多，也是Redis最重要的数据结构之一，比如twitter的关注列表，粉丝列表等都可以用Redis的list结构来实现；

实现方式

Redis list的实现为一个双向链表，即可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了部分额外的内存开销，Redis内部的很多实现，包括发送缓冲队列等也都是用的这个数据结构。

与 List 相关的常用命令

• LPUSH：向指定 List 的左侧（即头部）插入 1 个或多个元素，返回插入后的 List 长度。时间复杂度 O(N)，N 为插入元素的数量
• RPUSH：同 LPUSH，向指定 List 的右侧（即尾部）插入 1 或多个元素
• LPOP：从指定 List 的左侧（即头部）移除一个元素并返回，时间复杂度 O(1)
• RPOP：同 LPOP，从指定 List 的右侧（即尾部）移除 1 个元素并返回
• LPUSHX/RPUSHX：与 LPUSH/RPUSH 类似，区别在于，LPUSHX/RPUSHX 操作的 key 如果不存在，则不会进行任何操作
• LLEN：返回指定 List 的长度，时间复杂度 O(1)
• LRANGE：返回指定 List 中指定范围的元素（双端包含，即 LRANGE key 0 10 会返回 11 个元素），时间复杂度 O(N)。应尽可能控制一次获取的元素数量，一次获取过大范围的 List 元素会导致延迟，同时对长度不可预知的 List，避免使用 LRANGE key 0 -1 这样的完整遍历操作。

应谨慎使用的 List 相关命令

• LINDEX：返回指定 List 指定 index 上的元素，如果 index 越界，返回 nil。index 数值是回环的，即 - 1 代表 List 最后一个位置，-2 代表 List 倒数第二个位置。时间复杂度 O(N)
• LSET：将指定 List 指定 index 上的元素设置为 value，如果 index 越界则返回错误，时间复杂度 O(N)，如果操作的是头 / 尾部的元素，则时间复杂度为 O(1)
• LINSERT：向指定 List 中指定元素之前 / 之后插入一个新元素，并返回操作后的 List 长度。如果指定的元素不存在，返回 - 1。如果指定 key 不存在，不会进行任何操作，时间复杂度 O(N)

由于 Redis 的 List 是链表结构的，上述的三个命令的算法效率较低，需要对 List 进行遍历，命令的耗时无法预估，在 List 长度大的情况下耗时会明显增加，应谨慎使用。

换句话说，Redis 的 List 实际是设计来用于实现队列，而不是用于实现类似 ArrayList 这样的列表的。如果你不是想要实现一个双端出入的队列，那么请尽量不要使用 Redis 的 List 数据结构。

为了更好支持队列的特性，Redis 还提供了一系列阻塞式的操作命令，如 BLPOP/BRPOP 等，能够实现类似于 BlockingQueue 的能力，即在 List 为空时，阻塞该连接，直到 List 中有对象可以出队时再返回。针对阻塞类的命令，此处不做详细探讨，请参考官方文档 中”Blocking operations on lists” 一节。

集合

Redis Set 是无序的，不可重复的 String 集合。

应用场景

Redis set对外提供的功能与list类似是一个列表的功能，特殊之处在于set是可以自动排重的，当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set是一个很好的选择，并且set提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口，这个也是list所不能提供的；

实现方式

set 的内部实现是一个 value永远为null的HashMap，实际就是通过计算hash的方式来快速排重的，这也是set能提供判断一个成员是否在集合内的原因。

与 Set 相关的常用命令

• SADD：向指定 Set 中添加 1 个或多个 member，如果指定 Set 不存在，会自动创建一个。时间复杂度 O(N)，N 为添加的 member 个数
• SREM：从指定 Set 中移除 1 个或多个 member，时间复杂度 O(N)，N 为移除的 member 个数
• SRANDMEMBER：从指定 Set 中随机返回 1 个或多个 member，时间复杂度 O(N)，N 为返回的 member 个数
• SPOP：从指定 Set 中随机移除并返回 count 个 member，时间复杂度 O(N)，N 为移除的 member 个数
• SCARD：返回指定 Set 中的 member 个数，时间复杂度 O(1)
• SISMEMBER：判断指定的 value 是否存在于指定 Set 中，时间复杂度 O(1)
• SMOVE：将指定 member 从一个 Set 移至另一个 Set

慎用的 Set 相关命令

• SMEMBERS：返回指定 Hash 中所有的 member，时间复杂度 O(N)
• SUNION/SUNIONSTORE：计算多个 Set 的并集并返回 / 存储至另一个 Set 中，时间复杂度 O(N)，N 为参与计算的所有集合的总 member 数
• SINTER/SINTERSTORE：计算多个 Set 的交集并返回 / 存储至另一个 Set 中，时间复杂度 O(N)，N 为参与计算的所有集合的总 member 数
• SDIFF/SDIFFSTORE：计算 1 个 Set 与 1 或多个 Set 的差集并返回 / 存储至另一个 Set 中，时间复杂度 O(N)，N 为参与计算的所有集合的总 member 数。

上述几个命令涉及的计算量大，应谨慎使用，特别是在参与计算的 Set 尺寸不可知的情况下，应严格避免使用。可以考虑通过 SSCAN 命令遍历获取相关 Set 的全部 member, 具体请见 官方文档，如果需要做并集 / 交集 / 差集计算，可以在客户端进行，或在不服务实时查询请求的 Slave 上进行。

排序集合

Redis Sorted Set 是有序的、不可重复的 String 集合。Sorted Set 中的每个元素都需要指派一个分数 (score)，Sorted Set 会根据 score 对元素进行升序排序。如果多个 member 拥有相同的 score，则以字典序进行升序排序。Sorted Set 非常适合用于实现排名。

应用场景

Redis sorted set的使用场景与set类似，区别是set不是自动有序的，而sorted set可以通过用户额外提供一个优先级(score)的参数来为成员排序，并且是插入有序的，即自动排序。当你需要一个有序的并且不重复的集合列表，那么可以选择sorted set数据结构，比如twitter 的public timeline可以以发表时间作为score来存储，这样获取时就是自动按时间排好序的。

实现方式

Redis sorted set的内部使用HashMap和跳跃表(SkipList)来保证数据的存储和有序，HashMap里放的是成员到score的映射，而跳跃表里存放的是所有的成员，排序依据是HashMap里存的score,使用跳跃表的结构可以获得比较高的查找效率，并且在实现上比较简单。

Sorted Set 的主要命令

• ZADD：向指定 Sorted Set 中添加 1 个或多个 member，时间复杂度 O(Mlog(N))，M 为添加的 member 数量，N 为 Sorted Set 中的 member 数量
• ZREM：从指定 Sorted Set 中删除 1 个或多个 member，时间复杂度 O(Mlog(N))，M 为删除的 member 数量，N 为 Sorted Set 中的 member 数量
• ZCOUNT：返回指定 Sorted Set 中指定 score 范围内的 member 数量，时间复杂度：O(log(N))
• ZCARD：返回指定 Sorted Set 中的 member 数量，时间复杂度 O(1)
• ZSCORE：返回指定 Sorted Set 中指定 member 的 score，时间复杂度 O(1)
• ZRANK/ZREVRANK：返回指定 member 在 Sorted Set 中的排名，ZRANK 返回按升序排序的排名，ZREVRANK 则返回按降序排序的排名。时间复杂度 O(log(N))
• ZINCRBY：同 INCRBY，对指定 Sorted Set 中的指定 member 的 score 进行自增，时间复杂度 O(log(N))

慎用的 Sorted Set 相关命令

• ZRANGE/ZREVRANGE：返回指定 Sorted Set 中指定排名范围内的所有 member，ZRANGE 为按 score 升序排序，ZREVRANGE 为按 score 降序排序，时间复杂度 O(log(N)+M)，M 为本次返回的 member 数
• ZRANGEBYSCORE/ZREVRANGEBYSCORE：返回指定 Sorted Set 中指定 score 范围内的所有 member，返回结果以升序 / 降序排序，min 和 max 可以指定为 - inf 和 + inf，代表返回所有的 member。时间复杂度 O(log(N)+M)
• ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE：移除 Sorted Set 中指定排名范围 / 指定 score 范围内的所有 member。时间复杂度 O(log(N)+M)

上述几个命令，应尽量避免传递 [0 -1] 或 [-inf +inf] 这样的参数，来对 Sorted Set 做一次性的完整遍历，特别是在 Sorted Set 的尺寸不可预知的情况下。可以通过 ZSCAN 命令来进行游标式的遍历, 具体请见 官方文档，或通过 LIMIT 参数来限制返回 member 的数量（适用于 ZRANGEBYSCORE 和 ZREVRANGEBYSCORE 命令），以实现游标式的遍历。

Redis订阅发布模式

Redis订阅和发布实现了通讯系统，发件人（在 Redis 中的术语称为发布者）发送邮件，而接
收器（订户）接收它们。信息传输的链路称为通道。Redis 一个客户端可以订阅任意数量的通
道

订阅发布主要命令:

• SUBSCRIBE: 订阅一个主题
• PUBLISH:向主题发布消息

 127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE redis
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "redis"
3) (integer) 1
1) "message"
2) "redis"
3) "okokokok"

127.0.0.1:6379> PUBLISH redis okokokok
(integer) 1

Redis事务

Redis事务允许一组命令在单一步骤中执行。事务有两个属性，说明如下：

• 在一个事务中的所有命令作为单个独立的操作顺序执行。在Redis事务中的执行过程中而
  另一客户机发出的请求，这是不可以的；
• Redis事务是原子的。原子意味着要么所有的命令都执行，要么都不执行；

Redis 事务由指令 MULTI 发起的，之后传递需要在事务中和整个事务中，最后由 EXEC 命令
执行所有命令的列表

127.0.0.1:6379> WATCH name
OK
127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> set name name1
QUEUED
127.0.0.1:6379> get name
QUEUED
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> EXEC
(nil)

Redis的持久化

一文看懂Redis的持久化原理

常见面试题

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