Redis6

Redis6

一、NoSQL数据库

1、技术的分类

解决功能性的问题：Java、Jsp、RDBMS、Tomcat、HTML、Linux、JDBC、SVN
解决扩展性的问题：Struts、Spring、SpringMVC、Hibernate、Mybatis
解决性能的问题：NoSQL、Java线程、Hadoop、Nginx、MQ、ElasticSearch

2、NoSQL数据库概述

NoSQL(NoSQL = Not Only SQL )，意即“不仅仅是SQL”，泛指非关系型的数据库。
NoSQL 不依赖业务逻辑方式存储，而以简单的key-value模式存储。因此大大的增加了数据库的扩展能力。
不遵循SQL标准；不支持ACID；远超于SQL的性能。
NoSQL适用场景
对数据高并发的读写；海量数据的读写；对数据高可扩展性的。
NoSQL不适用场景
需要事务支持；基于sql的结构化查询存储，处理复杂的关系,需要即席查询。
NoSQL数据库：Memcache、Redis、MongoDB

3、数据库的分类

行式存储数据库
列式存储数据库：Hbase、Apache Cassandra、
图关系型数据库：Neo4j

二、Redis概述安装

Redis是一个开源的key-value存储系统。
和Memcached类似，它支持存储的value类型相对更多，包括string(字符串)、list(链表)、set(集合)、zset(sorted set --有序集合)和hash（哈希类型）。
这些数据类型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更丰富的操作，而且这些操作都是原子性的。
在此基础上，Redis支持各种不同方式的排序。
与memcached一样，为了保证效率，数据都是缓存在内存中。
区别的是Redis会周期性的把更新的数据写入磁盘或者把修改操作写入追加的记录文件。
并且在此基础上实现了master-slave(主从)同步。

1、应用场景

配合关系型数据库做高速缓存：
高频次，热门访问的数据，降低数据库IO；分布式架构，做session共享。
多样的数据结构存储持久化数据

2、Redis安装

安装版本：for Linux（redis-6.2.1.tar.gz）
安装步骤：
下载安装最新版的 gcc 编译器
下载并解压 redis-6.2.1.tar.gz
预编译 redis-6.2.1

3、Redis启动关闭

Redis前台启动：redis-server
Redis后台启动：
备份redis.conf，设置daemonize no改成yes，
Redis启动，redis-server/myredis/redis.conf
Redis访问：redis-cli
Redis多个端口访问：redis-cli -p 6379
Redis关闭：redis-cli shutdown

4、Redis概述

Redis是单线程+多路IO复用技术
多路复用是指使用一个线程来检查多个文件描述符（Socket）的就绪状态，比如调用select和poll函数，传入多个文件描述符，如果有一个文件描述符就绪，则返回，否则阻塞直到超时。得到就绪状态后进行真正的操作可以在同一个线程里执行，也可以启动线程执行（比如使用线程池）

三、常用五大数据类型

1、Redis键(key)

keys * 查看当前库所有key (匹配：keys *1)
exists key 判断某个key是否存在
type key 查看你的key是什么类型
del key 删除指定的key数据
unlink key 根据value选择非阻塞删除，仅将keys从keyspace元数据中删除，真正的删除会在后续异步操作。
expire key 10 为给定的key设置过期时间(10秒钟)
ttl key 查看还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期
select 命令切换数据库
dbsize 查看当前数据库的key的数量
flushdb 清空当前库
flushall 通杀全部库

2、Redis字符串(String)

String是Redis最基本的类型，你可以理解成与Memcached一模一样的类型，一个key对应一个value。
String类型是二进制安全的。意味着Redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象。
String类型是Redis最基本的数据类型，一个Redis中字符串value最多可以是512M。

常用命令

set 添加键值对。
et 查询对应键值。
append 将给定的 追加到原值的末尾。
strlen 获得值的长度。
setnx 只有在 key 不存在时 设置 key 的值。
incr 将 key 中储存的数字值增1，只能对数字值操作，如果为空，新增值为1。
decr 将 key 中储存的数字值减1，只能对数字值操作，如果为空，新增值为-1。
incrby / decrby <步长> 将 key 中储存的数字值增减。自定义步长。
mset … 同时设置一个或多个 key-value对。
mget … 同时获取一个或多个 value。
msetnx … 同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在。原子性，有一个失败则都失败。
getrange <起始位置><结束位置> 获得值的范围，类似java中的substring，前包，后包。
setrange <起始位置> 用 覆写所储存的字符串值，从<起始位置>开始(索引从0开始)。
setex <过期时间> 设置键值的同时，设置过期时间，单位秒。
getset 以新换旧，设置了新值同时获得旧值。

数据结构

String的数据结构为简单动态字符串(Simple Dynamic String,缩写SDS)。是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于Java的ArrayList，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配.。

3、Redis列表(List)

单键多值
Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。
它的底层实际是个双向链表，对两端的操作性能很高，通过索引下标的操作中间的节点性能会较差。

常用命令

lpush/rpush … 从左边/右边插入一个或多个值。
lpop/rpop 从左边/右边吐出一个值。值在键在，值光键亡。
rpoplpush 从列表右边吐出一个值，插到列表左边。
lrange 按照索引下标获得元素(从左到右)。
lrange mylist 0 -1 0左边第一个，-1右边第一个，（0-1表示获取所有）。
lindex 按照索引下标获得元素(从左到右)。
llen 获得列表长度 。
linsert before 在的后面插入插入值。
lrem 从左边删除n个value(从左到右)。
lset 将列表key下标为index的值替换成value。

数据结构

List的数据结构为快速链表quickList。
首先在列表元素较少的情况下会使用一块连续的内存存储，这个结构是ziplist，也即是压缩列表。
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。
当数据量比较多的时候才会改成quicklist。
因为普通的链表需要的附加指针空间太大，会比较浪费空间。比如这个列表里存的只是int类型的数据，结构上还需要两个额外的指针prev和next。
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。

4、Redis集合(Set)

Redis set对外提供的功能与list类似是一个列表的功能，特殊之处在于set是可以自动排重的，当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set是一个很好的选择，并且set提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口，这个也是list所不能提供的。
Redis的Set是string类型的无序集合。它底层其实是一个value为null的hash表，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。

常用命令

sadd … 将一个或多个 member 元素加入到集合 key 中，已经存在的 member 元素将被忽略
smembers 取出该集合的所有值。
sismember 判断集合是否为含有该值，有1，没有0
scard 返回该集合的元素个数。
srem … 删除集合中的某个元素。
spop 随机从该集合中吐出一个值。
srandmember 随机从该集合中取出n个值。不会从集合中删除 。
smove value 把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合。
sinter 返回两个集合的交集元素。
sunion 返回两个集合的并集元素。
sdiff 返回两个集合的差集元素(key1中的，不包含key2中的)。

数据结构

Set数据结构是dict字典，字典是用哈希表实现的。
Java中HashSet的内部实现使用的是HashMap，只不过所有的value都指向同一个对象。Redis的set结构也是一样，它的内部也使用hash结构，所有的value都指向同一个内部值。

5、Redis哈希(Hash)

Redis hash 是一个键值对集合。
Redis hash是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象。
类似Java里面的Map<String,Object>
用户ID为查找的key，存储的value用户对象包含姓名，年龄，生日等信息，如果用普通的key/value结构来存储

常用命令

hset 给集合中的 键赋值。
hget 从集合取出 value。
hmset … 批量设置hash的值。
hexists 查看哈希表 key 中，给定域 field 是否存在。
hkeys 列出该hash集合的所有field。
hvals 列出该hash集合的所有value。
hincrby 为哈希表 key 中的域 field 的值加上增量 1 -1。
hsetnx 将哈希表 key 中的域 field 的值设置为 value ，当且仅当域 field 不存在 。

数据结构

Hash类型对应的数据结构是两种：ziplist（压缩列表），hashtable（哈希表）。当field-value长度较短且个数较少时，使用ziplist，否则使用hashtable。

6、Redis有序集合Zset(sorted set)

Redis有序集合zset与普通集合set非常相似，是一个没有重复元素的字符串集合。
不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分（score）,这个评分（score）被用来按照从最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的，但是评分可以是重复了 。
因为元素是有序的, 所以你也可以很快的根据评分（score）或者次序（position）来获取一个范围的元素。
访问有序集合的中间元素也是非常快的,因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。

常用命令

zadd … 将一个或多个 member 元素及其 score 值加入到有序集 key 当中。
zrange [WITHSCORES] 返回有序集 key 中，下标在 之间的元素，带WITHSCORES，可以让分数一起和值返回到结果集。
zrangebyscore key minmax [withscores] [limit offset count] 返回有序集 key 中，所有score 值介于 min 和 max 之间(包括等于 min 或 max )的成员。有序集成员按 score 值递增(从小到大)次序排列。
zrevrangebyscore key maxmin [withscores] [limit offset count] 同上，改为从大到小排列。
zincrby 为元素的score加上增量。
zrem 删除该集合下，指定值的元素。
zcount 统计该集合，分数区间内的元素个数。
zrank 返回该值在集合中的排名，从0开始。

数据结构

SortedSet(zset)是Redis提供的一个非常特别的数据结构，一方面它等价于Java的数据结构Map<String, Double>，可以给每一个元素value赋予一个权重score，另一方面它又类似于TreeSet，内部的元素会按照权重score进行排序，可以得到每个元素的名次，还可以通过score的范围来获取元素的列表。
zset底层使用了两个数据结构
hash，hash的作用就是关联元素value和权重score，保障元素value的唯一性，可以通过元素value找到相应的score值。
跳跃表，跳跃表的目的在于给元素value排序，根据score的范围获取元素列表。

四、Redis配置文件介绍

1、Units单位

配置大小单位,开头定义了一些基本的度量单位，只支持bytes，不支持bit，大小写不敏感。

2、INCLUDES包含

类似jsp中的include，多实例的情况可以把公用的配置文件提取出来。

3、网络相关配置

bind：默认情况bind=127.0.0.1 只能接受本机的访问请求，不写的情况下，无限制接受任何ip地址的访问。
protected-mode：将本机访问保护模式设置no
Port：端口号，默认 6379
tcp-backlog：设置tcp的backlog，backlog其实是一个连接队列，backlog队列总和=未完成三次握手队列 + 已经完成三次握手队列。在高并发环境下你需要一个高backlog值来避免慢客户端连接问题。
timeout：一个空闲的客户端维持多少秒会关闭，0表示关闭该功能。即永不关闭。
tcp-keepalive：对访问客户端的一种心跳检测，每个n秒检测一次。单位为秒，如果设置为0，则不会进行Keepalive检测，建议设置成60。

4、GENERAL通用

aemonize：是否为后台进程，设置为yes，守护进程，后台启动。
pidfile：存放pid文件的位置，每个实例会产生一个不同的pid文件。
loglevel ：指定日志记录级别，Redis总共支持四个级别：debug、verbose、notice、warning，默认为notice。
logfile：日志文件名称。
databases 16：设定库的数量 默认16，默认数据库为0，可以使用SELECT 命令在连接上指定数据库id。
SECURITY安全：设置密码

5、LIMITS限制

maxclients：设置redis同时可以与多少个客户端进行连接，默认情况下为10000个客户端。
maxmemory：建议必须设置，否则，将内存占满，造成服务器宕机。设置redis可以使用的内存量。一旦到达内存使用上限，redis将会试图移除内部数据，移除规则可以通过maxmemory-policy来指定。如果redis无法根据移除规则来移除内存中的数据，或者设置了“不允许移除”，那么redis则会针对那些需要申请内存的指令返回错误信息，比如SET、LPUSH等。
maxmemory-policy
volatile-lru：使用LRU算法移除key，只对设置了过期时间的键；（最近最少使用）
allkeys-lru：在所有集合key中，使用LRU算法移除key
volatile-random：在过期集合中移除随机的key，只对设置了过期时间的键
allkeys-random：在所有集合key中，移除随机的key
volatile-ttl：移除那些TTL值最小的key，即那些最近要过期的key
noeviction：不进行移除。针对写操作，只是返回错误信息
maxmemory-samples
设置样本数量，LRU算法和最小TTL算法都并非是精确的算法，而是估算值，所以你可以设置样本的大小，redis默认会检查这么多个key并选择其中LRU的那个。一般设置3到7的数字，数值越小样本越不准确，但性能消耗越小。

五、Redis的发布和订阅

Redis 发布订阅 (pub/sub) 是一种消息通信模式：发送者 (pub) 发送消息，订阅者 (sub) 接收消息。
Redis 客户端可以订阅任意数量的频道。

发布订阅命令行实现

打开一个客户端订阅channel1
SUBSCRIBE channel1
打开另一个客户端，给channel1发布消息hello
publish channel1 hello
打开第一个客户端可以看到发送的消息
注：发布的消息没有持久化，如果在订阅的客户端收不到hello，只能收到订阅后发布的消息

六、Redis新数据类型

Bitmaps

现代计算机用二进制（位） 作为信息的基础单位， 1个字节等于8位， 例如“abc”字符串是由3个字节组成， 但实际在计算机存储时将其用二进制表示， “abc”分别对应的ASCII码分别是97、 98、 99， 对应的二进制分别是01100001、 01100010和01100011。
合理地使用操作位能够有效地提高内存使用率和开发效率。
Redis提供了Bitmaps这个“数据类型”可以实现对位的操作：
（1）Bitmaps本身不是一种数据类型， 实际上它就是字符串（key-value） ， 但是它可以对字符串的位进行操作。
（2）Bitmaps单独提供了一套命令， 所以在Redis中使用Bitmaps和使用字符串的方法不太相同。 可以把Bitmaps想象成一个以位为单位的数组， 数组的每个单元只能存储0和1， 数组的下标在Bitmaps中叫做偏移量。

常用命令

setbit 设置Bitmaps中某个偏移量的值（0或1）
getbit 获取Bitmaps中某个偏移量的值
bitcount[start end] 统计字符串从start字节到end字节比特值为1的数量
bitop and(or/not/xor) [key…] bitop是一个复合操作，它可以做多个Bitmaps的and（交集）、or（并集）、not（非）、xor（异或）操作并将结果保存在destkey中。

HyperLogLog

在工作当中，我们经常会遇到与统计相关的功能需求，比如统计网站PV（PageView页面访问量）,可以使用Redis的incr、incrby轻松实现。
但像UV（UniqueVisitor，独立访客）、独立IP数、搜索记录数等需要去重和计数的问题如何解决？这种求集合中不重复元素个数的问题称为基数问题。
解决基数问题有很多种方案：
（1）数据存储在MySQL表中，使用distinct count计算不重复个数
（2）使用Redis提供的hash、set、bitmaps等数据结构来处理
以上的方案结果精确，但随着数据不断增加，导致占用空间越来越大，对于非常大的数据集是不切实际的。
能否能够降低一定的精度来平衡存储空间？Redis推出了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。
在 Redis 里面，每个 HyperLogLog 键只需要花费 12 KB 内存，就可以计算接近 2^64 个不同元素的基数。这和计算基数时，元素越多耗费内存就越多的集合形成鲜明对比。
但是，因为 HyperLogLog 只会根据输入元素来计算基数，而不会储存输入元素本身，所以 HyperLogLog 不能像集合那样，返回输入的各个元素。
什么是基数?
比如数据集 {1, 3, 5, 7, 5, 7, 8}， 那么这个数据集的基数集为 {1, 3, 5 ,7, 8}, 基数(不重复元素)为5。 基数估计就是在误差可接受的范围内，快速计算基数。

常用命令

pfadd < element> [element …] 添加指定元素到 HyperLogLog 中
pfcount [key …] 计算HLL的近似基数，可以计算多个HLL，比如用HLL存储每天的UV，计算一周的UV可以使用7天的UV合并计算即可
pfmerge [sourcekey …] 将一个或多个HLL合并后的结果存储在另一个HLL中，比如每月活跃用户可以使用每天的活跃用户来合并计算可得

Geospatial

Redis 3.2 中增加了对GEO类型的支持。GEO，Geographic，地理信息的缩写。该类型，就是元素的2维坐标，在地图上就是经纬度。redis基于该类型，提供了经纬度设置，查询，范围查询，距离查询，经纬度Hash等常见操作。

常用命令

geoadd< longitude> [longitude latitude member…] 添加地理位置（经度，纬度，名称）
geopos [member…] 获得指定地区的坐标值
geodist [m|km|ft|mi ] 获取两个位置之间的直线距离
georadius< longitude>radius m|km|ft|mi 以给定的经纬度为中心，找出某一半径内的元素

七、Redis_Jedis_测试

Jedis所需要的jar包
连接Redis注意事项
禁用Linux的防火墙，Linux(CentOS7)里执行命令。
redis.conf中注释掉bind 127.0.0.1 ,然后 protected-mode no。
Jedis常用操作
创建动态的工程，创建测试程序，测试相关数据类型，Key，String，List，set，hash，zset，

八、Redis_Jedis_实例

完成一个手机验证码功能
1、输入手机号，点击发送后随机生成6位数字码，2分钟有效
2、输入验证码，点击验证，返回成功或失败
3、每个手机号每天只能输入3次

九、Redis与Spring Boot整合

十、Redis_事务_锁机制_秒杀

1、Redis的事务定义

Redis事务是一个单独的隔离操作：事务中的所有命令都会序列化、按顺序地执行。事务在执行的过程中，不会被其他客户端发送来的命令请求所打断。
Redis事务的主要作用就是串联多个命令防止别的命令插队。

2、Multi、Exec、discard

从输入Multi命令开始，输入的命令都会依次进入命令队列中，但不会执行，直到输入Exec后，Redis会将之前的命令队列中的命令依次执行。
组队的过程中可以通过discard来放弃组队。

3、事务的错误处理

组队中某个命令出现了报告错误，执行时整个的所有队列都会被取消。
如果执行阶段某个命令报出了错误，则只有报错的命令不会被执行，而其他的命令都会执行，不会回滚。

4、事务冲突的问题

很多人有你的账户，余额：10000，同时去参加双十一抢购，一个请求想给金额减8000，一个请求想给金额减5000，一个请求想给金额减1000。
悲观锁
悲观锁(Pessimistic Lock), 顾名思义，就是很悲观，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。
乐观锁
乐观锁(Optimistic Lock), 顾名思义，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量。Redis就是利用这种check-and-set机制实现事务的。
WATCH key [key …]
在执行multi之前，先执行watch key1 [key2],可以监视一个(或多个) key ，如果在事务执行之前这个(或这些) key 被其他命令所改动，那么事务将被打断。
unwatch
取消 WATCH 命令对所有 key 的监视。
如果在执行 WATCH 命令之后，EXEC 命令或DISCARD 命令先被执行了的话，那么就不需要再执行UNWATCH 了。

5、Redis事务三特性

单独的隔离操作
事务中的所有命令都会序列化、按顺序地执行。事务在执行的过程中，不会被其他客户端发送来的命令请求所打断。
没有隔离级别的概念
队列中的命令没有提交之前都不会实际被执行，因为事务提交前任何指令都不会被实际执行。
不保证原子性
事务中如果有一条命令执行失败，其后的命令仍然会被执行，没有回滚。

十一、Redis_事务_秒杀案例

解决计数器和人员记录的事务操作
Redis事务–秒杀并发模拟：使用工具ab模拟测试
ab -n 2000 -c 200 -k -p ~/postfile -T application/x-www-form-urlencoded http://192.168.2.115:8081/Seckill/doseckill