这么简单的Redis你也要错过吗

最新推荐文章于 2025-07-16 20:30:00 发布

小匠杨

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分类专栏：数据库文章标签： redis 数据库 nosql

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Redis作为一款基于内存的数据库，以其高速读写能力在大数据时代受到广泛关注。本文详细介绍了Redis的设计理念，包括其如何克服硬件局限性，实现高效数据存储与访问。此外，还探讨了Redis在不同场景下的应用，如缓存、消息队列等，并对比了其与memcache的区别。

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Redis号称是最快的key-value的基于内存的数据库，近年来，各大公司的招聘、面试都会问到Redis，可以说热度极高，接下来我将会分享一些我学习Redis的笔记，希望能够给予到大家一定的帮助。

我们首先明白一个概念，Redis的设计原则就是快，因此会舍弃一些其他的东西。

数据的存储变化

一开始，我们直接将数据存在磁盘当中，但随着数据量的逐渐增大，数据的访问效率逐步的降低，后来，出现了关系型数据库，使得数据的存取效率有了极大的提升，但随着大数据时代的来临和越来越高的并发，关系型数据库也到了一定的瓶颈，此时人们提出了一种内存级的数据库，所有数据保存在内存中，但这种数据库对机器的性能要求极高，造价也极高，所以不能够得到普及，基于这种情况，人们结合这两种数据库的特点，提出了缓存型数据库，也就是我们今天的主角Redis。

硬件的局限性

对于数据的存储访问在硬件层面有两处局限性

寻址速度
磁盘中有磁道、扇区（512Byte），如果以一个个的扇区为基本点的话，要想在一块磁盘中找到对应的数据，寻址时间会极长，为了减少寻址时间，人们将磁盘划分为一个个4k大小的格子（格式化），以4k为基本数据单元，这极大的提高了寻址速度，但随着磁盘越来越大，我们不可能为了提升寻址速度，将基本单元变的很大，所以寻址的速度依然成为数据访问的一个局限性。

数据库相比于直接磁盘存储是因为其有着索引，根据索引能够快速的定位到磁盘中的数据，相当于提升了寻址的速度，因此数据库的速度才会比直接磁盘快。
带宽
无论是内存还是磁盘都有着一定的带宽，一次能传输的数据有限。随着越来越高的并发，磁盘的带宽成为数据库速度的一个局限点。

Redis

Redis 是一个开源（BSD许可）的，内存中的数据结构存储系统，它可以用作数据库、缓存和消息中间件。它支持多种类型的数据结构，如字符串（strings），散列（hashes），列表（lists），集合（sets），有序集合（sorted sets）与范围查询， bitmaps， hyperloglogs 和地理空间（geospatial）索引半径查询。 Redis 内置了复制（replication），LUA脚本（Lua scripting）， LRU驱动事件（LRU eviction），事务（transactions）和不同级别的磁盘持久化（persistence），并通过 Redis哨兵（Sentinel）和自动分区（Cluster）提供高可用性（high availability）。
在这里插入图片描述

Redis是key-value模型的数据库。
对于客户端的请求Redis使用单线程来处理（这里说的单线程并不是说Redis只有一个线程，而是说Redis只用一个线程来处理请求，它还有其他的线程），单线程保证了在每个连接内请求命令的顺序性，但它的单线程效率并不低，每秒可以接受七八万甚至十万的并发，它之所以可以处理这个高的并发与它采用的IO方式有关，它用的是epoll这种NIO的IO模式。.
在一台服务器上我们可以创建多个Redis的实例，各自独立，用不同的端口号区分。
一个Redis实例默认有16个库0-15号，每个库都具有自己的独立性，互不影响。
每个库里数据以key-value的形式存储，Redis支持5种数据类型，不同的类型有不同的方法来对数据进行操作；在Redis中操作是分组的，不同的组里有着不同的操作，这里说的5中数据类型也划分在不同的组，可以说Redis的一大特色就是支持对数据的不同操作（计算向数据移动），这里说的操作就是在不同的组划分下，Redis会提供各种各样的方法来对数据进行不一样的处理，对数据进行加工。举个例子，对于常用的String类型，Redis支持常见的字符串的查找（get、getrange）、追加（append）、替换（setrange）等操作；支持数值的运算操作（incr、incrby、decr、decrby）；支持bitmap操作（bitset、bitcount、bitpos、bitop）。
Redis的key是一个对象，它有着许多的属性，记录着key和它所对应的value的一些信息。
Redis是二进制安全的，它是面向字节流的IO（存储的数据是字节数组），只要保证各客户端使用统一的编码格式（有统一的编码，就会生成统一的字节），那么它的数据就不会出现乱码，我们称这种为二进制安全。

插个小知识：ASCII是标准的编码，其他任何的编码都是拓展编码，对于任何的机器，都能直接识别ASCII这标准编码，在机器中做字节转换时，对于ASCII的编码机器可直接识别，直接翻译为对应的数据，不是ASCII的编码格式的字节码，机器会去寻找设置好的编码格式来做解析

不同类型的操作

对于Redis客户端，我们可以借助help命令来学习不同的操作。
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通过help @具体的组名可以查看对应组下的操作
help @ +tab键可切换不同的组
help 具体的命令可查看具体命令说明

String操作

对于String有常用的三类操作，字符串的操作、数值的操作和bitmap的操作。
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字符串和数值的操作比较容易理解，下面我简单介绍下bitmap（位图）的一些操作（位运算的一些相关操作），Redis是按照字节来存储数据的，key对应的value值由一个个的字节组成，每个字节都有着正负索引，正序从0开始，每个字节逐个递增（第一个字节为0），逆序从-1开始，逐个递减（最后一个字节为-1）；字节有索引，每个字节中的位也有索引，从0开始；举个例子：

set   k1  abcdef;    Redis中存储的一个键值对     key：k1    value: abcdef  
由6个字节组成（每个字节有编号，编号为0-5，对于逆序的话，最后一个字节为-1，依次往前递减）或者说由48个二进制位组成（位也有编号，位
的编号为从0到47）

setbit 给指定的位设置0或1
getbit 获取指定位置的二进制值
bitcount 计算给定key对应的二进制value值中从第start字节开始到end字节中出现的1的个数
bitpos 找出指定string中某个值第一次出现的位置
bitop 两个值进行位运算 and or xor not

bitmap的使用场景

list操作

redis的list是一个双向链表，key记录着头指针和尾指针，同时节点也有着索引编号，模型如下图。
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list中的操作根据命令的组合，可以形成如栈、队列、数组、阻塞队列的效果。

同向命令如栈 lpush左边插入和lpop弹出组合形成后进先出
反向命令如队列lpush左边插入rpop弹出组合形成先进先出
lindex命令可以如数组般操作链表
blpop等以b开头的命令可形成阻塞

hash操作

hash类型的value里是一个个的键值对，一个key对应的值中可以有多个key-value键值对，同时hash中存储的键值对也可以计算。hash类型的使用场景可以是:某一个东西，它有不同的属性，我们可以记录在hash中，如微博中个人信息的记录、商品详情页中信息的记录等，它有点类似于关系型数据库表中的一行记录。
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