Redis知识总结

Redis的全称是：Remote Dictionary Server

Redis是一个开源（BSD许可），内存数据结构存储，可以用作数据库，缓存和消息代理。它支持数据结构，如字符串，散列，列表，集合，带有范围查询的排序集，位图，超级日志，具有半径查询和流的地理空间索引。Redis具有内置复制，Lua脚本，LRU驱逐，事务和不同级别的磁盘持久性，并通过Redis Sentinel提供高可用性和使用Redis Cluster自动分区。

一、基本类型及数据结构

String字符串

可以存储字符串、整数、浮点数、JSON、XML、二进制等，最大不能超过521M，可变的动态字符串。

1、常用命令：set、get、mset、mget、setex、setnx、incr、decr，具体使用方法网上很多，不多详述。

2、内部编码：

​ 在 Redis 中字符串类型的内部编码有 3 种：

• int：8个字节的长整型
• embstr：小于等于39个字节的字符串
• raw：大于39个字节的字符串

3、使用场景：

1. 计数器，利用incr、decr等命令实现计算器
2. 共享session
3. 限流、限速

4、数据结构：

SDS （Simple Dynamic String，简单动态字符串）是 Redis 底层所使用的字符串表示， 几乎所有的 Redis 模块中都用了 sds。

当字符串对象保存的是字符串时， 它包含的才是 sds 值， 否则的话， 它就是一个 long 类型的值。

sds 既可高效地实现追加和长度计算， 同时是二进制安全的。

后续详解。

参考资料：

Redis内部数据结构详解(2)——sds

简单动态字符串

List列表

一个列表可以有序地存储多个字符串，并且列表里的元素是可以重复的。可以对列表的两端进行插入或者弹出元素操作。

特点如下：

• 列表中所有的元素都是有序的，所以它们是可以通过索引获取的，也就是 lindex 命令。并且在 Redis 中列表类型的索引是从 0 开始的。
• 列表中的元素是可以重复的，也就是说在 Redis 列表类型中，可以保存同名元素。

1. 常用命令

   • 从右边/左边插入元素 rpush/lpush key value [value ...]
   • 向某个元素前或者后插入元素 linsert key BEFORE|AFTER pivot value
   • 获取指定范围内的元素列表 lrange key start stop
   • 获取列表中指定索引下标的元素 lindex key index
   • 从列表右侧/左侧弹出元素 rpop/lpop key
   • 删除指定元素 lrem key count value
   • 按照索引范围修剪列表 ltrim key start stop
   • 阻塞操作 ,阻塞等待timeout秒弹出元素 blpop/brpop key timeout

2. 数据结构

   列表中的内部数据结构有两种，它们分别是：

   • ziplist（压缩列表）：当列表中元素个数小于 512（默认）个，并且列表中每个元素的值都小于 64（默认）个字节时，Redis 会选择用 ziplist 来作为列表的内部实现以减少内存的使用。它将所有的元素紧挨着一起存储，分配的是一块连续的内存。相关参数修改：list-max-ziplist-entried（元素个数）、list-max-ziplist-value(元素值)。
   • quicklist（快速列表）：当列表数据无法满足ziplist条件时，Redis将链表和ziplist结合起来组成了quicklist。也就是将多个ziplist使用双向指针串起来使用。这样既满足了快速的插入删除性能，又不会出现太大的空间冗余。

3. 使用场景

   • 消息队列

4. 其他

Set集合

​ set集合与列表一样，也是可以保存多个字符串

​ 特点如下：

• set 中的元素是不可以重复的，而 list 是可以保存重复元素的。
• set 中的元素是无序的，而 list 中的元素是有序的。
• set 中的元素不能通过索引下标获取元素，而 list 中的元素则可以通过索引下标获取元素。
• 多个set可以取交集、并集、差集。

1. 常用命令

• 添加元素 sadd key member [member...]

• 删除元素 srem key member [member...]

• 计算元素个数 scard key

• 判读元素是否在集合中 sismember key member

• 随机从 set 中返回指定个数元素 srandmember key [count]

• 从集合中随机弹出元素 ```spop key [count]``

• 获取所有元素 smember key

• 集合的交集 sinter key [key ...]

• 集合的并集 sunion key [key ...]

• 集合的差集 sdiff key [key ...]

• 将集合的交集、并集、差集的结果保存

  sinterstore destination key [key ...]
  sunionstore destination key [key ...]
  sdiffstore destination key [key ...]
  

2. 数据结构

   集合的内部数据结构有两种：

   • intset(整数集合)：当集合中的元素都是整数，并且集合中的元素个数小于 512 个时，Redis 会选用 intset 作为底层内部实现。set-max-intset-entries 参数来设置上述中的默认参数。
   • hashtable(哈希表)：当上述条件不满足时，Redis 会采用 hashtable 作为底层实现。

3. 使用场景

   • 标签（tag）

     一个用户对娱乐、体育比较感兴趣，另一个可能对新闻感兴
     趣，这些兴趣就是标签，有了这些数据就可以得到同一标签的人，以及用户的共同爱好的标签，
     这些数据对于用户体验以及曾强用户粘度比较重要。

4. 其他

Hash散列

redis的哈希跟JAVA语言的HashMap类似，都是键值对结构。使用二维结构，第一维是数组，第二维是链表，hash的内容key和value存放在链表中，数组里存放的是链表的头指针。通过key查找元素时，先计算key的hashcode，然后用hashcode对数组的长度进行取模定位到链表的表头，再对链表进行遍历获取到相应的value值，链表的作用就是用来将产生了「hash碰撞」的元素串起来。

1. 常用命令

   • 设置值 hset key field value
   • 获取值 hget key field
   • 删除值 hdel key field [field ...]
   • 计算field个数 hlen key
   • 批量设置值 hmset key field value [field value...]
   • 批量获取值 hmget key field
   • 判断field是否存在 hexists key field
   • 获取所有field hkeys key
   • 获取所有value hvals key
   • 获取所有field -value hgetall key
   • 计数 hincrby key field increment hincrbyfloat key field increment

2. 数据结构

   Redis 哈希类型的数据结构类型包含两种：

   • ziplist（压缩列表）：当哈希类型中元素个数小于 hash-max-ziplist-entries 配置（默认 512 个），同时所有值都小于 hash-max-ziplist-value 配置（默认 64 字节）时，Redis 会使用 ziplist 作为哈希的内部实现。
   • hashtable（哈希表）：当上述条件不满足时，Redis 则会采用 hashtable 作为哈希的内部实现。

3. 使用场景

   • 存储对象信息，用户信息、登录信息

4. 其他

Zset有序集合

Redis zset 和 set 一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员。不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。zset的成员是唯一的，但分数(score)却可以重复。

1. 常用命令

   • 设置值 zadd key [NX|XX] [CH] [INCR] score member [score member ...]
   • 计算成员个数 zcard key
   • 计算成员分数 zscore keymember
   • 计算成员的排名 zrank/zrevrank key member
   • 删除元素 zrem key member [member ...]
   • 增加元素分数 zincrby key increment member
   • 返回指定排名范围的元素 zrange/zrevrange key start stop [WITHSCORES]
   • 返回指定分数范围的元素 zrangebyscore/zrevrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]
   • 返回指定分数范围元素个数 zcount key min max
   • 删除指定排名内的升序元素 zremrangebyrank key start stop
   • 删除指定分数范围元素 zremrangebyscore key min max

2. 数据结构

   有序集合内部的数据结构类型包含两种：

   • ziplist(压缩列表)：当有序集合的元素个数小于 128 个(默认设置)，同时每个元素的值都小于 64 字节(默认设置)，Redis 会采用 ziplist 作为有序集合的内部实现，通过以下参数设置：zset-max-ziplist-entries 和 zset-max-ziplist-value。
   • skiplist(跳跃表)：当上述条件不满足时，Redis 会采用 skiplist 作为内部编码。

3. 使用场景

   • 排行榜

4. 其他

Bitmaps 位图

位图不是实际的数据类型，而是在String 字符串类型上定义的一组面向位的操作。位图的最大优势之一是它们在存储信息时通常可以节省大量空间。例如，在不同用户由增量用户ID表示的系统中，可以使用仅512 MB的内存记住40亿用户的单个位信息（例如，知道用户是否想要接收新闻通讯）。

1. 常用命令

   • 对 key 所储存的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位(bit) SETBIT key offset value
   • 对 key 所储存的字符串值，获取指定偏移量上的位(bit) GETBIT key offset

2. 使用场景

   • 用户在线状态

   • 统计活跃用户

   • 用户签到

3. 参考资料

   BitMap

HyperLogLog

​ Redis HyperLogLog 是用来做基数统计的算法，HyperLogLog 的优点是，在输入元素的数量或者体积非常非常大时，计算基数所需的空间总是固定 的、并且是很小的。

1. 常用命令

   • 添加指定元素到 HyperLogLog 中 pfadd key value
   • 返回给定 HyperLogLog 的基数估算值 pfcount key
   • 将多个 HyperLogLog 合并为一个 HyperLogLog pfmerge destkey sourcekey [key ...]

2. 使用场景

一般可以bitmap和hyperloglog配合使用，bitmap标识哪些用户活跃，hyperloglog计数。

• 统计注册 IP 数
• 统计每日访问 IP 数
• 统计页面实时 UV 数
• 统计在线用户数
• 统计用户每天搜索不同词条的个数

3. 其他

二、Redis的过期策略、内存淘汰策略

​ 我们都知道，Redis是key-value数据库，我们可以设置Redis中缓存的key的过期时间。Redis的过期策略就是指当Redis中缓存的key过期了，Redis如何处理？

​ Redis keys的过期策略有两种，一种是消极处理，一种是积极处理。

• 消极处理：只有当访问一个key时，才会判断该key是否已过期，过期则清除。该策略可以最大化地节省CPU资源，却对内存非常不友好。极端情况可能出现大量的过期key没有再次被访问，从而不会被清除，占用大量内存。
• 积极处理：
  • 每秒执行10次，每次随机获取20个设置过期的key
  • 清除其中已过期的key；
  • 当超过25%的key过期，则重复第一步。

如何在复制链接和AOF文件处理过期？

​ 官网上解释到，为了保证唯一性，对于一个过期的key操作会到AOF然后同步到子节点，子节点虽然不进行操作过期时间，但是仍然保留对于key的过期机制，避免后面主节点挂了，从节点无法处理。

Redis的内存淘汰策略

Redis的内存淘汰策略是指在Redis的用于缓存的内存不足时，怎么处理需要新写入且需要申请额外空间的数据。

• noeviction：当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。
• allkeys-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的key。
• allkeys-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个key。
• volatile-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的key。
• volatile-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个key。
• volatile-ttl：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的key优先移除。

配置参数：maxmemory-policy

三、数据如何持久化