Redis 入门到分布式 （二）API的理解和使用

内容：

•     通用命令
•     单线程架构
•     数据结构和内部编码

一、常用的通用命令：

• keys       计算所有的键
• dbsize     获取redis的长度  
• exists key   判断键的存在与否
  
• del key [key ...]    删除指定键的值
• expire key seconds 对key做定时操作
• type key

1、keys

1）用法1：

​

2）用法2：

​

说明： keys命令一般不在生产环境使用

2、dbsize:

​

3、exists:

​

4、del：

​

5、expire、ttl、persist

​

演示：

​

6、type:

​

7、命令的时间复杂度：

​

二、数据结构和内部编码

1、Redis的主要数据结构：

​

Redis的内部隐含结构体（对象）： redis Object

2、该结构体包含以下数据类型及编码方式：

​

三、单线程

​

1、抽象理解Redis的单线程：

我们知道一个命令进入Redis执行的效率是很高的，在进入Redis之前可以认为它们在经过一条高速公路，如图中的黄色管道部分，而这条管道每一次都只能通过一个命令，多余的命令需要等待前面的命令执行完成后才能进入Redis中执行相应操作，也就是说，多个命令在操作Redis时是串行执行的。

2、单线程为什么这么快？

1）纯内存：

               内存的响应速度是非常快的，内存的响应速度是100纳秒；也就是说Redis的速度高是依赖于内存的；

 2）非阻塞IO

​

Redis中将equals和关闭、读写、连接转换为自己的一个事件，从而避免在网络IO上浪费过多的时间。

3）避免线程切换和竞态消耗

单线程equals模型

​

一瞬间只能执行一条命令

3、单线程：

   1）一次只运行一条命令

   2）拒绝长（慢）命令

    Keys , flushall , flushdb , slow lua script , mutil / exec , operate big value ( collection )

   3）其实不是单线程

     fysnc file descriptor

               close file descriptor

四、字符串

字符串：

1. 结构和命令
2. 快速实战
3. 内部编码
4. 查漏补缺

1、字符串键值结构

对于Redis来说，所有的key都是字符串，而它的value则是前面说过的五种类型。这里主要对Redis的value进行解析。当前的value为字符串类型

​

   如上图，value是“world”,是一个字符串的类型

​

同样的，字符串的value也可以是一个数值类来表示

​

并且，字符串也可以做相应的转换，在字符串和整型间做转换，其原理类似于位图的使用。

​

① 字符串的value的表现形式也可以是以json的形式存在

② 字符串的value 最大限制为512MB的容量。

2、字符串的value的适用场景：

• 缓存；
• 计数器：例如：视频网站的视频的播放次数，每一次的播放会做加一的操作；
• 分布式锁；
• 等等。。。

3、字符串value的相关API操作：get、set、del、

​

其他的API的使用：Incr、decr、incrby、decrby:

​

4、演示：

​

5、实战

1）实战1：

实现如下功能：记录网站每个用户个人主页的访问量？

Incr userid : pageview (单线程：无竞争)

当用户的userid为123时， 以 incr 123：pageview的形式来进行自增，由于单线程执行，每个key都是一次执行的，不存在并发的问题，每次有新的访问就会提交一次 incr 123:pageview 的请求，依次累加达到访问量的计数。

2）实战2：

实现如下功能：缓存视频的基本信息（数据源在MySQL中）伪代码

如图,用户通过视频的id去获取视频的信息，首先会从App Server发起请求，App Server 会先从redis查询是否有匹配视频id的视频信息，如果redis中存在了，就直接返回给App Server，这就减少了数据库MySQL的压力；如果不存在，就会直接访问MySQL，从MySQL查询到了视频信息，就会回写到redis中，并同时返回给App Server。

下一次，用户访问接口或App Server时，依旧会从redis中访问，这无论是对应用的性能还是mysql减少压力都会有很大的优势。

伪代码实现：

​

首先，使用视频id和redisPrefix定义一个redis的key，然后从redis中获取key对应的 VideoInfo,再判断vaideoInfo如果为空，则从mysql中查询并返回对应视频id的视频信息 videoInfo;再次判断videoInfo 从mysql返回的结果不为空后进行序列化并set存入到redis 中。

3）实战3：

实现如下功能：分布式id生成器

​

比如我们有三个java的服务，我们希望每次获取到的id是自增的，并且是由三个服务去并发的获取，必须满足不重复又逐步递增。

解决方法：

       incr id (原子操作)

使用 incr 对共享的id进行操作，该操作由于原子性，可保证并发安全。

6、key 的设置命令：set  setnx  setxx

​

演示：

​

7、批量操作API：mget mset

​

演示：

​

8、延伸：

1）n次get

​

   n次get = n次网络时间 + n次命令时间

由于大部分情况下，应用的客户端和服务端都处在不同的地区或机房，双方的信息交换即网络时间是一个很大的开销，而由于redis本身的优越性能，命令本身的开销是非常小的。

2）1次mget

​

1次mget = 1次网络时间 + n次命令时间

使用批量操作可以大大减少网络时间的消耗，有利于提高性能和效率。

9、Redis 的API ： getset 、append、strlen

​

演示：

​

10、Redis 的API ：incrbyfloat 、getrange、setrange

​

演示：

​

11、字符串总结：

​

五、 hash(1)

哈希：

• 特点
• 重要API
• hash vs string
• 查漏补缺

1、哈希键值结构：

​

如图：哈希的结构也是主要由键值结构组成，即key - value；但是其value是由 field 和 value 组成。

​

由于field属性的存在，与value构成了类似双列集合的结构，我们可以根据需要在相同的key ,即user:1:info 中添加一个field为viewCounter、value为50的值。

2、具体操作如下:

    add a new value

3、特点：

Mapmap:它的结构类似于一个包含了map的map；

Small redis: 由以上的mapmap结构可知，它就像包含了一个小的redis结构的redis

field不能相同，value可以相同：field类似于key ，每一个都是唯一的

4、相关API：hget 、hset、hdel

​

演示：

​

5、相关API： hexists 、hlen

​

演示：

​

6、API: hmget、hmset

​

演示：

​

六、hash(2)

1、实战：

1）实现如下功能：记录网站每个用户个人主页的访问量？

具体实现：

    hincrby user:1:info pageview count

分析：

用user:1:info作为用户id，在用户的信息里面添加一个叫pageview的属性作为访问量的字段，这样可以让访问量的属性与用户信息成为一个整体，当有一个用户访问时，count为1，则访问量加1。

演示：

redis> HSET myhash field 5

(integer) 1

redis> HINCRBY myhash field 1

(integer) 6

redis> HINCRBY myhash field -1

(integer) 5

redis> HINCRBY myhash field -10

(integer) -5

2） 实现如下功能：  缓存视频的基本信息（数据源在mysql中）伪代码:

​

2、API：hgetall key、hvals key、hkeys key

​

演示：

​

小心使用hgetall，有redis是单线程的，使用hgetall取出多个信息的时候会有效率上的问题，即数据量过大时，如1万个value时，获取结果会很慢。

3、相似的API：

​

4、如何更新用户的属性：

1）使用字符串1：

​

将用户id作为key，并将用户属性及值的集合转换为json作为value保存到redis中；做更新操作时，根据用户id去取得所有的属性及值的json集合，由json格式转换为用户对象类型；对要修改的部分做增删改操作，将修改后的对象数据进行序列化，重新保存到对应用户id的redis中，覆盖原来的value值。

2）使用字符串2：

​

如图中，将用户的信息根据用户id+属性名的方式进行拼接作为key,这样该用户的所有信息都是单独保存到redis中，在进行修改时只需要根据对应的key就可以进行修改了，将修改后的数据重新覆盖原来的信息。

同时的，在进行添加新的属性时，只需要按照key的规则进行单独添加即可。

3)使用hash：

用户信息（hash）

​

如图中，将用户的属性作为value的field，属性值作为vlue来进行添加到用户id作为key的redis中。更新用户信息时直接使用hset user:1:infor age 41 进行操作便可实现age的修改，同样也可以用来进行新增操作：如图中的link属性。

5、3种方案比较：

​

6、查漏补缺：

​

7、哈希总结：

​

七、 list(1)

列表：

• 特点
• 重要API
• 实战
• 查漏补缺

1、列表结构：

​

可以对列表做一些操作：如左边的添加、右边的添加、左边的弹出、右边的弹出

​

也可以获取列表的长度、删除指定元素、获取字列表、获取指定元素的索引值

2、特点：

• 有序
• 可以重复
• 左右两边插入弹出

3、增——rpush

​

例如：使用rpush 向右边插入值 c b a

​

4、增——Ipush

​

例如：使用Ipush从右向左依次插入c b a

​

八、list(2)

1、增——linsert

​

例如：向值b的左边或右边插入值java或php

​

2、删——Ipop:

​

例如：从列表左侧弹出一个key ，弹出对象不需要指定，只需指定该列表listkey即可

​

3、删—— rpop:

​

例如：从列表右侧弹出一个key ，弹出对象不需要指定，只需指定该列表listkey即可

​

4、删——Irem ：

​

例子:删除所有的a，从右到左删除1个c

​

5、列表修剪—— Itrim:

​

例如：第一次修剪索引1-4的值为：b(0)、c(1)、d(2)、e（3）

          第二次修剪索引0-2的值为: b(0)、c(1)、d(2)、

​

Itrim在做一些大型列表的删除时是非常有用的，比如：一个列表有几百万，如果直接使用delkey的话会直接将redis阻塞掉，因为它的开销是非常大的。

而通过使用Itrim就可以通过每一个保留百万条、十万条、万条等等这样的方式去逐步的进行裁剪，从而达到删除的效果。

6、查——Irange:

​

例如：根据索引从左向右（0~5）或从右向左（-1~6）的查询

​

例如：保存0~2索引区间：a、bc、

          保存1~-1索引区间：b、c、d、e、f

​

7、查—— lindex :

​

例如：获取索引为0的是a ；获取索引为-1的是f

​

8、查—— llen

​

例如：当前的长度是6

​

9、改 —— lset

​

例如：将索引为2的值改为java，即java覆盖值c

​

演示：

​

10、实战—— TimeLine

​

图中展示了微博的时间轴功能—— TimeLine，它会将微博按照从新到旧的功能进行排列，这和列表的功能是非常相似的。

​

假设图中的Your TimeLine是你微博的时间轴，如果你关注的用户有了更新，俺么该更新信息就会加入到时间轴的左上角，进入队列中。

在微博之中，包含了文字、图片、赞等等信息，可作为对象看待，存储的时候可以使用字符串或hash等等，而微博的id可以作为一个外联的key，这样就可以对微博的获取进行关联。

11、查漏补缺： -- blpop brpop:

​

12、总结：

①如果要实现一个栈的功能：

   LRUSH + LPOP = Stack

②如果要实现一个堆的功能：

LRUSH +LPOP = Stack

③如果要控制一个有固定数量的列表，而不是让它无限制放大：

LPUSH + LTRIM = Capped Collection

④如果要实现一个消息队列的系统：

LPUSH + BRPOP = Message Queue

九、set

set：

• 集合结构
• 特点
• 集合内API和实战
• 集合间API和实战

1、特点:

• 无序
• 无重复
• 支持集合间操作

2、增—— sadd srem :

​

工具—— scard 、sismember、srandmember、smembers、

​

注意： smembers 是无序且单线程的。

srandmember 和 spop：

• spop 从集合弹出元素
• srandmember不会破坏集合

演示：

​

3、实战

1）实战——抽奖系统：

​

以微博的抽奖为例，只要用户的量不是太大，可以把用户信息放入到集合中去，可以使用can be spop 进行弹出操作，在取出之后进行删除。

2）实战——标签（tag）

​

​

4、sdiff(差集) 、sinter(交集)、sunion(并集)

​

5、集合的使用场景：

1） SADD = Tagging                                                 做标签

2） SPOP/SRANDMEMBER = Random item            随机数

3） SADD + SINTER = Social Graph                         社交相关的场景

十、 zset

有序集合：

•  特点
• 重要API
• 实战
• 查漏补缺

1、有序结合的结构：

​

上图是有序集合的结构图，有序集合同样是有key-value键值结构的，但是它的value是由score和value构成的。它的有序是由score分值支持的，这与排序无关，所谓有序是指它的score是唯一的，并且由数值构成，意味着score的值是有序的。

2、集合和有序集合的对比：

​

3、列表和有序集合的对比：

​

4、增—— zadd :

​

例如：为id 为 user:1:ranking的用户添加一个score为225的element为tom的value

​

5、删—— zrem :

​

例如：删除id为user:1:ranking 的用户的score为225且element为tom的value

​

6、查—— zscore:

​

例如：获取有序集合中元素为tom的分数score 225.

​

7、自增或自减 —— zincrby:

​

例如：将元素为mike的分数增加9，达到100.

​

8、查个数——zcard :

​

例如：返回key为user:1:ranking 的元素的总个数

​

演示：

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9、按照索引排名—— zrange :

​

例如：获取有序集合中索引为1到3的元素 mike 、frank、charis

​

10、按照分数排名——zrangebyscore ：

​

例如：获取90分到123分的元素： mike 、frank

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11、获取指定分数范围的元素个数—— zcount :

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例如：获取200到210之间的个数： 2

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12、按照排名范围进行元素的删除—— zremrangebyrank :

​

例如：删除集合中索引为1和2的元素

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13、按照分值范围进行元素的删除 —— zremrangebyscore :

​

例如：将90到210间分数的元素删除

​

演示：

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14、实战——排行榜 :

​

使用有序集合对新书榜单进行分数、销量、评价等进行排序。

15、有序集合总结：

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