Redis之最细命令介绍

Redis

  Redis是Remote Dirctionary Service的简称，即远程字典服务；

  Redis是内存数据库（数据都存储在内存中，mysql中主要数据存储在磁盘）、KV数据库（key-value）、数据结构数据库（value提供了丰富的数据结构）；

  Redis应用非常广泛，如Twitter、暴雪娱乐、Github、Stack Overflow、腾讯、阿里、京东等等，很多中小型公司也在使用；

  Redis有16个数据库（字典），并且是单线程的，所以使用时只使用一个数据库。一个key只对应一个value；

使用Redis步骤

1、connect，客户端连接Redis；

2、auth，输入登录信息，用户名与密码；未设置密码则不需要输入密码；

3、select，选择要使用的数据库（Redis有16个数据库），不选择则默认使用第0个数据库

value

注意：Redis中的数字是从1开始，而不是从0开始的。负数代表倒数，如-1为倒数第一个、-2为倒数第二个

Redis中value编码

​

string

字符数组，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 每次只多扩1M；字符串最大长度为 512M；

注意：redis 字符串是二进制安全字符串；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 value 值 
SET key val 
# 获取 key 的 value 
GET key 
# 执行原子加一的操作 
INCR key 
# 执行原子加一个整数的操作 
INCRBY key increment 
# 执行原子减一的操作 
DECR key 
# 执行原子减一个整数的操作 
DECRBY key decrement 
# 如果key不存在，这种情况下等同SET命令。 当key存在时，什么也不做 
SETNX key value 
# 删除 key val 键值对 
DEL key 
# 设置或者清空key的value(字符串)在offset处的bit值。 
SETBIT key offset value 
# 返回key对应的string在offset处的bit值 
GETBIT key offset 
# 统计字符串被设置为1的bit数. 
BITCOUNT key

存储结构

字符串长度小于等于 20 且能转成整数，则使用 int 存储；

字符串长度小于等于 44，则使用 embstr 存储；

字符串长度大于 44，则使用 raw 存储；

应用

# 对象存储
SET role:10001 '{["name"]:"mark",["sex"]:"male",["age"]:30}' 
GET role:10001
# 一般Redis客户端可以识别':'，role:10001是指10001行的数据
# 这个value是json格式，如果经常需要修改还是用hash来存储比较好

# 累加器
# 统计阅读数 累计加1 
incr reads 
# 累计加100 
incrby reads 100

# 分布式锁 ，本例简单展示一下，后序文章中会具体讲解
# 加锁 
setnx lock 1 
# 释放锁 
del lock 
# 1. 排他功能 2. 加锁行为定义 3. 释放行为定义

# 位运算
# 月签到功能 10001 用户id 202106 2021年6月份的签到 6月份的第1天 
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

双向链表实现，列表首尾操作（删除和增加）时间复杂度 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：

1. 元素长度小于 48，不压缩；

2. 元素压缩前后长度差不超过 8，不压缩；

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​

基础命令

# 从队列的左侧入队一个或多个元素 
LPUSH key value [value ...] 
# 从队列的左侧弹出一个元素 
LPOP key 
# 从队列的右侧入队一个或多个元素 
RPUSH key value [value ...] 
# 从队列的右侧弹出一个元素 
RPOP key 
# 返回从队列的 start 和 end 之间的元素 0, 1 2 
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
LREM key count value 
# 它是 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连接 
BRPOP key timeout # 超时时间 + 延时队列

存储结构

/* Minimum ziplist size in bytes for attempting compression. */ 
#define MIN_COMPRESS_BYTES 48 

/* quicklistNode is a 32 byte struct describing a ziplist for a quicklist. 
* We use bit fields keep the quicklistNode at 32 bytes. 
* count: 16 bits, 
* max 65536 (max zl bytes is 65k, so max count actually < 32k). 
* encoding: 2 bits, RAW=1, LZF=2. 
* container: 2 bits, NONE=1, ZIPLIST=2. 
* recompress: 1 bit, bool, true if node is temporary decompressed for usage. 
* attempted_compress: 1 bit, boolean, used for verifying during testing. 
* extra: 10 bits, free for future use; pads out the remainder of 32 bits */ 
typedef struct quicklistNode { 
	struct quicklistNode *prev; 
	struct quicklistNode *next; 
	unsigned char *zl; 
	unsigned int sz; /* ziplist size in bytes */ 
	unsigned int count : 16; /* count of items in ziplist */ 
	unsigned int encoding : 2; /* RAW==1 or LZF==2 */ 
	unsigned int container : 2; /* NONE==1 or ZIPLIST==2 */ 
	unsigned int recompress : 1; /* was this node previous compressed? */ 
	unsigned int attempted_compress : 1; /* node can't compress; too small */ 				
	unsigned int extra : 10; /* more bits to steal for future usage */ 
} quicklistNode; 

typedef struct quicklist { 
	quicklistNode *head; quicklistNode *tail; 
	unsigned long count; /* total count of all entries in all ziplists */ 
	unsigned long len; /* number of quicklistNodes */ 
	int fill : QL_FILL_BITS; /* fill factor for individual nodes */ 
	unsigned int compress : QL_COMP_BITS; /* depth of end nodes not to compress;0=off */ 
	unsigned int bookmark_count: QL_BM_BITS; quicklistBookmark bookmarks[]; 
} quicklist;

应用

# 栈（先进后出 FILO）
LPUSH + LPOP 
# 或者 
RPUSH + RPOP

# 队列（先进先出 FIFO）
LPUSH + RPOP 
# 或者 
RPUSH + LPOP

# 阻塞队列（blocking queue）
LPUSH + BRPOP 
# 或者 
RPUSH + BLPOP

异步消息队列：

操作与队列一样，但是在不同系统间；

hash

散列表，在很多高级语言当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 对应的值 
HGET key field 
# 设置 key 对应 hash 中的 field 对应的值 
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的值 
HMGET key field1 field2 ... fieldn 
# 给 key 对应 hash 中的 field 对应的值加一个整数值 
HINCRBY key field increment 
# 获取 key 对应的 hash 有多少个键值对 
HLEN key 
# 删除 key 对应的 hash 的键值对，该键为field 
HDEL key field

存储结构

  节点数量大于 512（hash-max-ziplist-entries） 或所有字符串长度大于 64（hash-max-ziplistvalue），则使用 dict 实现；

  节点数量小于等于 512 且有一个字符串长度小于 64，则使用 ziplist 实现；

应用

# 存储对象
{
	hmset hash:10001 name mark age 18 sex male 
# 与 string 比较 
	set hash:10001 '{["name"]:"mark",["sex"]:"male",["age"]:18}' 
# 假设现在修改 mark的年龄为19岁 

# hash： 
	hset hash:10001 age 19 
# string: 
	get role:10001 
	# 将得到的字符串调用json解密，取出字段，修改 age 值 
	# 再调用json加密 
	set role:10001 '{["name"]:"mark",["sex"]:"male",["age"]:19}'
}

# 购物车
{
# 将用户id作为 key 
# 商品id作为 field 
# 商品数量作为 value 
# 注意：这些物品是按照我们添加顺序来显示的； 

# 添加商品： 
	hset MyCart:10001 40001 1 
	lpush MyItem:10001 40001 

# 增加数量： 
	hincrby MyCart:10001 40001 1 
	hincrby MyCart:10001 40001 -1 # 减少数量1 

# 显示所有物品数量： 
	hlen MyCart:10001 

# 删除商品： 
	hdel MyCart:10001 40001 
	lrem MyItem:10001 1 40001 

# 获取所有物品： 
	lrange MyItem:10001 
# 40001 40002 40003 
	hget MyCart:10001 40001 
	hget MyCart:10001 40002 
	hget MyCart:10001 40003
}

set

集合；用来存储唯一性字段，不要求有序；

基础命令

# 添加一个或多个指定的member元素到集合的 key中 
SADD key member [member ...] 
# 计算集合元素个数 
SCARD key 

# 返回key中所有value
SMEMBERS key 
# 返回成员 member 是否是存储的集合 key的成员 
SISMEMBER key member 

# 随机返回key集合中的一个或者多个元素，不删除这些元素 
SRANDMEMBER key [count] 
# 从存储在key的集合中移除并返回一个或多个随机元素 
SPOP key [count] 

# 返回一个集合与给定集合的差集的元素 
SDIFF key [key ...] 
# 返回指定所有的集合的成员的交集 
SINTER key [key ...] 
# 返回给定的多个集合的并集中的所有成员 
SUNION key [key ...

存储结构

  元素都为整数且节点数量小于等于 512（set-max-intset-entries），则使用整数数组存储；

  元素当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 
# 抽取多名幸运用户 
	srandmember Award:1 10 
}

# 共同关注
{
	sadd follow:A mark king darren mole vico 
	sadd follow:C mark king darren 
	sinter follow:A follow:C
}

# 推荐好友
{
	sadd follow:A mark king darren mole vico 
	sadd follow:C mark king darren 
	# C可能认识的人： 
	sdiff follow:A follow:C
}

zset

有序集合；用来实现排行榜；它是一个有序唯一；

基础命令

# 添加到键为key有序集合（sorted set）里面 
ZADD key [NX|XX] [CH] [INCR] score member [score member ...] 
# 从键为key有序集合中删除 member 的键值对 
ZREM key member [member ...] 
# 返回有序集key中，成员member的score值 
ZSCORE key member 
# 为有序集key的成员member的score值加上增量increment 
ZINCRBY key increment member 
# 返回key的有序集元素个数 
ZCARD key 
# 返回有序集key中成员member的排名 
ZRANK key member 
# 返回存储在有序集合key中的指定范围的元素 order by id limit 1,100 
ZRANGE key start stop [WITHSCORES] 
# 返回有序集key中，指定区间内的成员(逆序) 
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（skiplist）；

节点数量小于等于128（zset-max-ziplist-entries）且所有字符串长度小于等于64（zset-maxziplist-value），则使用 ziplist 存储；

数据少的时候，节省空间； O(n)

数量多的时候，访问性能；O（1） o(logn)

应用

# 热榜
{
# 点击新闻： 
	zincrby hot:20210601 1 10001 
	zincrby hot:20210601 1 10002 
	zincrby hot:20210601 1 10003 
	zincrby hot:20210601 1 10004 
	zincrby hot:20210601 1 10005 
	zincrby hot:20210601 1 10006 
	zincrby hot:20210601 1 10007 
	zincrby hot:20210601 1 10008 
	zincrby hot:20210601 1 10009 
	zincrby hot:20210601 1 10010 
# 获取排行榜： 
	zrevrange hot:20210601 0 9 withscores
}

# 延时队列
# 	  将消息序列化成一个字符串作为 zset 的 member；这个消息的到期处理时间作为 score，
# 然后用多个线程轮询 zset 获取到期的任务进行处理。
{
def delay(msg): 
	msg.id = str(uuid.uuid4()) #保证 member 唯一 
	value = json.dumps(msg) 
	retry_ts = time.time() + 5 # 5s后重试 
	redis.zadd("delay-queue", retry_ts, value)

# 使用连接池 
def loop(): 
	while True: 
		values = redis.zrangebyscore("delay-queue", 0, time.time(), start=0, num=1)
		if not values: 
			time.sleep(1) 
			continue 
		value = values[0] 
		success = redis.zrem("delay-queue", value) 
		if success: 
			msg = json.loads(value) 
			handle_msg(msg) 
# 缺点：loop 是多线程竞争，两个线程都从zrangebyscore获取到数据，但是zrem一个成功一个失 败
# 优化：为了避免多余的操作，可以使用lua脚本原子执行这两个命令 
# 解决：漏斗限流
}

# 时间窗口限流
# 	系统限定用户的某个行为在指定的时间范围内（动态）只能发生N次；
{
# 指定用户 user_id 的某个行为 action 在特定时间内 period 只允许发生做多的次数 max_count

local function is_action_allowed(red, userid, action, period, max_count) 
	local key = tab_concat({"hist", userid, action}, ":") 
	local now = zv.time() 
	red:init_pipeline() 
	# 记录行为 
	red:zadd(key, now, now) 
	# 移除时间窗口之前的行为记录，剩下的都是时间窗口内的记录 
	red:zremrangebyscore(key, 0, now - period *100) 
	# 获取时间窗口内的行为数量 
	red:zcard(key) 
	# 设置过期时间，避免冷用户持续占用内存 时间窗口的长度+1秒 
	red:expire(key, period + 1) 
	local res = red:commit_pipeline() 
	return res[3] <= max_count
end
# 维护一次时间窗口，将窗口外的记录全部清理掉，只保留窗口内的记录； 
# 缺点：记录了所有时间窗口内的数据，如果这个量很大，不适合做这样的限流；漏斗限流 
# 注意：如果用 key + expire 操作也能实现，但是实现的是熔断，维护时间窗口是限流的功能；
}

分布式定时器：

     生产者将定时任务 hash 到不同的 redis 实体中，为每一个 redis 实体分配一个 dispatcher 进程，用来定时获取 redis 中超时事件并发布到不同的消费者中。

参考资料

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