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1.初识Redis
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认识NoSQL
redis是一种非关系型数据库(NoSQL)
结构化:数据有固定的格式(表、表约束)的要求。
非结构化:对数据结构没有非常严格的约束。
有无关联:数据库是否会帮助维护数据和数据之间的关联。
sql查询:有严格的查询语法,所有的关系型数据库都可以使用的通用语法。
非sql查询:NoSQL的查询语法不统一,不同的库有不同的查询方式,较灵活。
ACID:SQL满足事务的ACID(原子性、一致性、隔离性、持久性)特性。
BASE:NoSQL只能呈现BASE基本的一致性。
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认识Redis
Redis诞生于2009年全称是Remote Dictionary Server远程词典服务器,是一个基于内存的键值型NoSQL数据库。
Redis具备以下特征:
- 键值( key-value)型,value支持多种不同数据结构,功能丰富
- 单线程,每个命令具备原子性
- 低延迟,速度快(基于内存、IO多路复用、良好的编码)。
- 支持数据持久化
- 支持主从集群、分片集群
- 支持多语言客户端
2.redis层级结构
Redis没有类似MySQL中的Table的概念,我们该如何区分不同类型的key呢?
● 例如,需要存储用户、商品信息到redis,有一个用户id是1,有一个商品id恰好也是1。
Redis的key允许有多个单词形成层级结构,多个单词之间用':'隔开,格式如下:
这个格式并非固定,也可以根据自己的需求来删除或添加词条。
例如我们的项目名称叫heima,有user和product两种不同类型的数据,我们可以这样定义key:
◆ user相关的key:heima:user:1
◆ product相关的key:heima:product:1
如果Value是一个Java对象,例如一个User对象,则可以将对象序列化为JSON字符串后存储:
效果:
3.Redis常见命令
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5种常见数据结构
类型 | 特点 | |
String | hello world | 普通字符串 |
Hash | {name: "Jack", age: 21} | 字符串形式的哈希表 |
List | [A -> B -> C -> C] | 有序集合,本质是链表 |
Set | {A, B, C} | 无序集合,不可重复 |
SortedSet | {A : 1 , B : 2 , C : 3} | 有序,可排序集合,不可重复 |
三种特殊类型:
redis数据结构网站:https://redis.io/commands
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通用命令
通用指令是部分数据类型的,都可以使用的指令,常见的有:
- KEYS:查看符合模板的所有key,?匹配一个字符,*匹配多个字符
(通过help [command]可以查看一个命令的具体用法,例如:)
MSET:批量插入数据(MSET k1 v1 k2 v2 k3 v3)
- DEL:删除一个指定的key
- EXISTS:判断key是否存在
- EXPIRE:给一个key设置有效期,有效期到期时该key会被自动删除
- TTL:查看一个KEY的剩余有效期
(TTL为-1:永不过期,TTL为-2:该key被自动移除)
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不同数据结构的操作命令
1、String类型
String类型,也就是字符串类型,是Redis中最简单的存储类型。
其value是字符串,不过根据字符串的格式不同,又可以分为3类:
- string:普通字符串
- int:整数类型,可以做自增、自减操作
- float:浮点类型,可以做自增、自减操作
不管是哪种格式,底层都是字节数组形式存储,只不过是编码方式不同。字符串类型的最大空间不能超过512m。
String的常见命令有:
- SET:添加或者修改已经存在的一个String类型的键值对
- GET:根据key获取String类型的value
- MSET:批量添加多个String类型的键值对
- MGET:根据多个key获取多个String类型的value
- INCR:让一个整型的key自增1
- INCRBY:让一个整型的key自增并指定步长,例如:incrby num 2让key为num的值自增2
- INCRBYFLOAT:让一个浮点类型的数字自增并指定步长
- SETNX:添加一个String类型的键值对,前提是这个key不存在,否则不执行
- SETEX:添加一个String类型的键值对,并且指定有效期
和以下同效:
不足:
String结构是将对象序列化为JSON字符串后存储,当需要修改对象某个字段时很不方便:
2、Hash类型
Hash类型,也叫散列,其value是一个无序字典, 类似于Java中的HashMap结构。
Hash结构可以将对象中的每个字段独立存储,可以针对单个字段做CRUD:
Hash的常见命令有:
- HSET key field value:添加或者修改hash类型key的field的值
- HGET key field:获取一个hash类型key的field的值
- HMSET:批量添加多个hash类型key的field的值
- HMGET:批量获取多个hash类型key的field的值
- HGETALL:获取一个hash类型的key中的所有的field和value
- HKEYS:获取一个hash类型的key中的所有的field
- HVALS:获取一个hash类型的key中的所有的value
- HINCRBY:让一个hash类型key的字段值自增并指定步长
- HSETNX:添加一个hash类型的key的field值,前提是这个field不存在,否则不执行
标识该字段在heima:user:4中的field已经存在,返回0。
3、List类型
Redis中的List类型与Java中的LinkedList类似,可以看做是一个双向链表结构。既可以支持正向检索和也可以支持反向检索。
特征也与LinkedList类似:
- 有序
- 元素可以重复
- 插入和删除快
- 查询速度一般
使用场景:常用来存储一个有序数据,例如:朋友圈点赞列表,评论列表等。
List的常见命令有:
- LPUSH key element... :向列表左侧插入一个或多个元素
- LPOP key:移除并返回列表左侧的第一个元素, 没有则返回nil
- RPUSH key element... :向列表右侧插入一个或多个元素
- RPOP key:移除并返回列表右侧的第一个元素
- LRANGE key star end:返回一段角标范围内的所有元素
- BLPOP和BRPOP:与LPOP和RPOP类似,只不过在没有元素时等待指定时间,而不是直接返回nil
使用:
4、Set类型
Redis的Set结构与Java中的HashSet类似,可以看做是一个value为null的HashMap。因为也是一个hash表,因此具备与HashSet类似的特征:
- 无序
- 元素不可重复
- 查找快
- 支持交集、并集、差集等功能
Set的常见命令有:
- SADD key member ... :向set中 添加一个或多个元素
- SREM key member ... :移除set中的指定元素
- SCARD key:返回set中元素的个数
- SISMEMBER key member:判断一个元素是否存在于set中
- SMEMBERS:获取set中的所有元素
- SINTER key1 key2 ... :求key1与key2的交集
- SDIFF key1 key2 ... :求key1与key2的差集
- SUNION key1 key2 ..:求key1和key2的并集
5、SortedSet类型
Redis的SortedSet是一个可排序的set集合,与Java中的TreeSet有些类似,但底层数据结构却差别很大。SortedSet中的每一个元素都带有一个score属性,可以基于score属性对元素排序,底层的实现是一个跳表(SkipList)加hash表。
SortedSet具备下列特性:
- 可排序
- 元素不重复
- 查询速度快
使用场景:因为SortedSet的可排序特性,经常被用来实现排行榜这样的功能。
SortedSet的常见命令有:
- ZADD key score member:添加一个或多个元素到sortedset,如果已经存在则更新其score值
将班级的下列学生得分存入Redis的SortedSet中:Jack 85, Lucy 89, Rose 82, Tom 95, Jerry 78, Amy 92, Miles 76:
输入存储如下:
- ZREM key member:删除sortedset中的一个指定元素
删除Tom同学:
- ZSCORE key member :获取sortedset中的指定元素的score值
获取Amy同学的分数:
- ZRANK key member:获取sortedset中的指定元素的排名
获取Rose同学的排名:
- ZCARD key:获取sortedset中的元素个数
查询stus集合中的同学数量
- ZCOUNT key min max:统计score值在给定范围内的所有元素的个数
查询80分以下有几个学生
- ZINCRBY key increment member:让sortedset中的指定元素自增,步长为指定的increment值
给Amy同学加2分
- ZRANGE key min max:按照score排序后,获取指定排名范围内的元素
查出成绩前3名的同学
- ZRANGEBYSCORE key min max:按照score排序后,获取指定score范围内的元素
查出成绩80分以下的所有同学:
- ZDIFF、 ZINTER、 ZUNION:求差集、交集、并集
(略)
注意:以上所有的排名默认都是升序,如果要降序则在命令的 Z 后面添加 REV 即可
4.Redis的Java客户端
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Jedis客户端
Jedis的使用
(特点:方法名就是命令名)
Jedis的官网地址:https://github.com/redis/jedis,我们先来个快速入门:
1.引入依赖:
2.创建redis对象,建立连接:
(我将redis部署在虚拟机中,因此host是虚拟机ip)
3.使用Jedis,方法名与Redis命令一致:
结果展示:
4.释放资源:
Jedis连接池
Jedis本身是线程不安全的,并且频繁的创建和销毁连接会有性能损耗,因此我们推荐大家使用Jedis连接池代替Jedis的直连方式。
(多线程下并发访问jedis会出现线程安全问题,因此在并发环境下jedis要给每一个线程创建独立的jedis对象)
1.设置Jedis连接池:
2.从线程池获取连接:
释放资源时,源码中会先检查该连接是否是从连接池中获取的,如果是,则返回连接资源给线程池。否则,直接关闭连接:
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SpringDataRedis客户端
SpringData是Spring中数据操作的模块,包含对各种数据库的集成,其中对Redis的集成模块就叫做SpringDataRedis,官网地址:https://spring.io/projects/spring-data-redis
SpringDateRedis特点:
- 提供了对不同Redis客户端的整合(Lettuce和Jedis)
- 提供了RedisTemplate统一API来操作Redis
- 支持Redis的发布订阅模型
- 支持Redis哨兵和Redis集群
- 支持基于Lettuce的响应式编程
- 支持基于JDK、JSON、字符串、Spring对象的数据序列化及反序列化
- 支持基于Redis的JDKCollection实现
SpringDataRedis的使用
SpringBoot已经提供了对SpringDataRedis的支持,使用非常简单:
创建新项目,选择spring initializer,type选择Maven(我的环境:java version:1.8,springboot version:2.5.7)
1.引入spring-boot-starter-data-redis依赖:
2.在application.yaml配置文件中配置redis信息:
(databases默认是0号库)
3.注入RedisTemplate:
4.编写测试:
结果输出:
出现问题:
尽管还是得到了正常的输出,但是在redis图形化界面上得到的数据却是如下:
上面的key和下面的value是乱码:
当控制台修改value的值为rose后,redis服务器中get得到的值为“rose”,但是通过idea中redisTemplate的操作命令得到的值依然是“文雯”:
为什么呢?(看如下)
RedisTemplate序列化
上述问题的原因在于redisTemplate对key和value的序列化。
SpringDataRedis的序列化方式:RedisTemplate可以接收任意Object作为值写入Redis,只不过写入前会把Object序列化为字节形式,默认是采用JDK序列化(序列化工具:ObjectOutputStream,作用是将字符转成字节再写入redis中),得到的结果是这样的:
RedisTemplate的底层:
利用redis存入的一切数据都可以利用上述四个序列化器(String类型用前两个,Hash类型用后两个)。
没有给值进行定义的情况下,就会走默认的jdk序列化器。
redis序列化源码剖析
代码调试跟入set方法,进入DefaultValueOperations类,可以看到value被做了装饰,传进来的值变成了字节:
如何装饰的呢?跟入rawValue,进入到AbstractOperations类,会发现它会尝试获取值序列化器valueSerializer:
跟入valueSerializer的serialize方法,进入到JdkSerializationRedisSerializer类(上述默认的jdk序列化工具),jdk底层的序列化用的是ObjectOutputStream:
继续跟入serializer的convert方法,进入到SerializingConverter类后跟入serializeToByteArray()方法:
进到Serializer接口类跟进serialize方法:
进入了DefaultSerializer类,可以看到确实是使用了ObjectOutputStream来写对象。(ObjectOutputStream的作用:字符串转成字节后再写入redis中)
这种方式的缺点:
- 可读性差(key和value都被序列化了)。
- 内存占用较大
修改RedisTemplate的序列化方法
!!解决方法:改变RadisTemplate的序列化方式。
改变RadisTemplate的序列化方式就是改变redis的RedisSerializer对象,不用默认的方式而换用其他
RedisSerializer的实现有如下:
- 黑色框的是默认的序列化器,不用
- StringRedisSerializer:专门处理字符串,将字符串转字节,相当于getbytes()的作用,通常key都是字符串,所以当key、hashKey为字符串时可用。
- GenericJackson2JsonRedisSerializer:值可能是对象类型,推荐使用,作用是转成Json字符串
总结:key一般用StringRedisSerializer的序列化类型,value一般用GenericJackson2JsonRedisSerializer的序列化类型
具体方法:
我们可以自定义RedisTemplate的序列化方式
1.自定义redisTemplate配置类:
2.注入RedisTemplate<String,Object>:
3.编写测试用例:
4.结果输出:
如果有报错,引入jackson依赖即可:
<!--jackson依赖-->
<dependency>
<groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
<artifactId>jackson-databind</artifactId>
</dependency>
5.图形化工具上(尽管控制台中仍然是其他字符):
检查value的序列化,编写测试方法:
结果输出:
图形化界面上:
保存时将User转Json,取的时候也将其反序列化成User对象,如何做到的?
可以看到图形化界面的结果上,在写入数据的同时,还写入了一个class属性(“@class": "com.itheima.redis.pojo.User”),对应的就是User类的字节码名称,正因为有这个,在反序列化时才能读取到字节码,帮助我们将其反序列化为对应的User对象。
关于StringRedisTemplate
通过以上,实现了全自动的Json序列化和反序列化。当我们向redis中写入Java对象时,RedisTemplate会帮助我们自动把对象序列化成Json,读取时,帮我们自动把Json字符串反序列化成Java对象。非常方便。但是存在一个问题:上述写入User对象时,对象中不仅有对象本身的属性,还保存了该Java对象类的字节码,而该字节码数据占据的内存空间比对象数据本身还要大。当存储数据量较大时,数据中的字节码多余占据的内存空间也较大。但是该字节码又是反序列化中必要的。
因此,为了节省内存空间,我们并不会使用JSON序列化器来处理value,而是统一使用String序列化器,要求只能存储String类型的key和value。当需要存储Java对象时,手动完成对象的序列化和反序列化。
统一使用String序列化器是否说明我们要更改前边定义的RedisConfig配置类?
不需要,Spring默认提供了一个StringReslisTemplate类,它的key和value的序列化方式默认就是String方式。省去了我们自定义RedisTemplate的过程:
StringRedisTemplate的使用
1.引入StringRedisTemplate:
2.编写测试方法:
① 对String类型序列化和反序列化:
② 对Java对象序列化和反序列化:
a.引入对象转化工具(将对象和JSON字符串互相转化,这里使用SpringMVC默认使用的JSON处理工具ObjectMapper)
b.测试方法:
3.结果输出
对字符串:
对Java对象:
可以看到,在使用StringRedisTemplate存取对象时,只需要存储对象的基本属性,无需额外的空间存储对象类型字节码,节省了空间。
总结:
额外:
使用Hash结构时,存入数据用put,读取数据用entries,例如