redis（一）：CAP简介和常用数据类型的操作命令

1.CAP简介

CAP定理又称CAP原则，指的是在一个分布式数据库系统中，Consistency（一致性）、 Availability（可用性）、Partition tolerance（分区容错性），最多只能同时三个特性中的两个，三者不可兼得。简单理解就是CAP的3进2.

CAP区别与sql数据库事务的ACID特性，一般适用于多种类型的数据库系统中。

1. Consistency（一致性）：或者强一致性。即更新操作成功并返回客户端后，所有节点在同一时间的数据完全一致。
2. Availability（可用性）：即服务一直可用，而且是正常响应时间。
3. Partition Tolerance (分区容错性）：即分布式系统在遇到某节点或网络分区故障的时候，仍然能够对外提供满足一致性或可用性的服务。服务可用，而不能一个节点挂了，导致整个系统都挂了。

1.1  CAP的3进2

CAP理论就是说在分布式存储系统中，最多只能实现上面的两点。而由于当前的网络硬件肯定会出现延迟丢包等问题，所以分区容错性是必须需要实现的。所以我们只能在一致性和可用性之间进行权衡，没有NoSQL系统能同时保证这三点。

C:强一致性 A：高可用性 P：分区容错性。

传统Oracle数据库一般选择CA。分布式架构必须做出取舍。在一致性和可用性之间取一个平衡。大多数web应用，其实并不需要强一致性。因此牺牲C换取P，这是目前分布式数据库产品的方向。

一致性与可用性的决择：对于web2.0网站来说，　很多web实时系统并不要求严格的数据库事务，对读一致性的要求很低， 有些场合对写一致性要求并不高。允许实现最终一致性。数据库的写实时性和读实时性需求　　对关系数据库来说，插入一条数据之后立刻查询，是肯定可以读出来这条数据的，但是对于很多web应用来说，并不要求这么高的实时性，比方说发一条消息之 后，过几秒乃至十几秒之后，我的订阅者才看到这条动态是完全可以接受的。对复杂的SQL查询，特别是多表关联查询的需求 　　任何大数据量的web系统，都非常忌讳多个大表的关联查询，以及复杂的数据分析类型的报表查询，特别是SNS类型的网站，从需求以及产品设计角 度，就避免了这种情况的产生。往往更多的只是单表的主键查询，以及单表的简单条件分页查询，SQL的功能被极大的弱化了。

1.2 BASE

BASE就是为了解决关系数据库强一致性引起的问题而引起的可用性降低而提出的解决方案。是对CAP中AP的一个扩展，BASE其实是下面三个术语的缩写：    基本可用（Basically Available）    软状态（Soft state）    最终一致（Eventually consistent）它的思想是通过让系统放松对某一时刻数据一致性的要求来换取系统整体伸缩性和性能上改观。为什么这么说呢，缘由就在于大型系统往往由于地域分布和极高性能的要求，不可能采用分布式事务来完成这些指标，要想获得这些指标，我们必须采用另外一种方式来完成，这里BASE就是解决这个问题的办法。

2.redis简介及其常用命令

Redis:全称是 REmote DIctionary Server(远程字典服务器)。是一个高性能的(key/value)分布式内存数据库，基于内存运行。

支持的数据类型：string, list，hash ,set，zset

redis使用单进程模型来处理客户端的请求。对读写等事件的响应是通过对epoll函数的包装来做到的（epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的epoll，是Linux下多路复用IO接口）。Redis的实际处理速度完全依靠主进程的执行效率。

2.1 基本命令

redis默认16个数据库，类似数组下表从零开始，初始默认使用零号库。

• keys *： 列举当前库的所有key
•  exists key：判断某个key是否存在
• expire key 秒钟：为给定的key设置过期时间。（比如“ expire k1 10”，设置k1的过期时间为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
• type key： 查看key的类型
• select：切换数据库（例如  “select 0”，切换到下标为0的数据库）
• dbsize：查看当前数据库的key的数量
• flushdb：清空当前库
• Flushall: 清除所有库

2.2 字符串（String）

string：一个key对应一个value

• set key value：设置键值对（例如“set  k1 v1”，执行成功返回ok）
• get key ：通过键获取值（例如“get k1”,返回v1）
• del key ：删除键值对，支持多个删除（例如：“del v1 v2”，删除v1 和v2）
• append key value：字符串拼接
• strlen key：返回该字符串的长度
• incr key  /   decr key  :对值进行加1  / 减1（一定得是数字才能加减，例如“incr ages”，返回加1后的年龄）
• incrby key num  /decrby key num  ： 对值进行加减，num是数字。
• getrange  key start end： 获取切割后的字符串
• setrange key offset  value： 将offset位之后的值设为新值，offset之前的不变（比如 “ set test hello   ，    setrange test 5 world   ” 最终test的值是helloworld）
•  setex key seconds value： 设置键值对以及过期时间（例如：“ setex test2 4 test2value”）
•  setnx key value： 设置键值对，如果不存在则set成功，否则失败。
• mset key value...:设置多个键值对，（例如：“ mset k1 v1 k2 v2”）
• msetnx key value...：设置多个键值对，如果和之前不存在则成功，否则失败
• mget key ...：一次性获取多个值（例如“mget k1 k2”）
• getset key value：将给定 key 的值设为 value ，并返回 key 的旧值(old value)。简单一句话，先get然后立即set 

2.2 列表（list）

list：一个key对应多个value。它是一个字符串链表，left、right都可以插入添加；如果键不存在，创建新的链表；如果键已存在，新增内容；如果值全移除，对应的键也就消失了。链表的操作无论是头和尾效率都极高，但假如是对中间元素进行操作，效率就很低了。

• lpush /rpush key value ：将一个或多个值插入到已存在的列表头部/尾部。（例如“ lpush num n1 n2 n3 n4 n5 n6”）
• lrange key start stop： 根据起始和结束的下标获取列表中的元素（例如“lrange  num 0 2”，返回 n6,n5,n4）
• lindex key index: 获取下标为index的元素。（例如：“ lindex num 2”，返回n4）
• lpop/rpop key：移除链表的元素，并返回该元素。
• llen key：获取该链表的长度（例如：“llen  num ”，返回6）
• lrem key count value：移除列表中与value相等的元素（count > 0 : 从表头开始向表尾搜索，移除与 VALUE 相等的元素，数量为 COUNT ;count < 0 : 从表尾开始向表头搜索，移除与 VALUE 相等的元素，数量为 COUNT 的绝对值:count = 0 : 移除表中所有与 VALUE 相等的值)
• ltrim key start stop：对一个列表进行修剪(trim)，就是说，让列表只保留指定区间内的元素，不在指定区间之内的元素都将被删除。
• rpoplpush source destination：移除列表的最后一个元素，并将该元素添加到另一个列表并返回（例如“ rpoplpush num destnum”,生成一个新的列表destnum,只有一个值：num的最后一个元素）
• lset key index value：通过索引设置列表元素的值（例如“lset num 0 n11”，就是将num列表中下标为0的元素的值设为n11）
•  linsert key BEFORE|AFTER pivot value：在列表的元素前或者后插入元素（例如“linsert num before n2 n20”，表示在n2前面插入 n20）

2.3 集合（set）

Redis 的 Set 是 String 类型的无序集合。集合成员是唯一的，这就意味着集合中不能出现重复的数据。

Redis 中集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O(1)。

集合中最大的成员数为 232 - 1 (4294967295, 每个集合可存储40多亿个成员)。

•  sadd key member [member ...]：集合中添加元素（例如“ sadd setk  s1 s2 s3”）
• smembers key：  获取集合中所有元素
•  sismember key member： 判断 member 元素是否是集合 key 的成员，有返回1，没有返回0
• scard key： 获取集合中元素的个数
•  srem key member [member ...]：移除集合中一个或多个成员
• srandmember key [count]： 从集合中随机取出count个值（例如“ srandmember setk 3”，随机返回3个元素）
•  spop key [count]：移除并返回集合中的一个或多个随机元素
•  smove source destination member：将 member 元素从 source 集合移除到 destination 集合 （例如“ smove setk  newsetk  s2”，将setk中的s2元素移动到newsetk集合中）
• sdiff key [key ...]： 返回给定所有集合的差集
•  sinter key [key ...]：返回给定所有集合的交集
• sunion key [key ...]： 返回给定所有集合的并集

2.4 哈希（hash）

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。

Redis 中每个 hash 可以存储 232 - 1 键值对（40多亿）。

依然是KV模式，但V是一个键值对

•  hset key field value：将哈希表 key 中的字段 field 的值设为 value （例如“ hset stu name lisi”， 设置name 为lis，键是stu）
•  hget key field : 获取存储在哈希表中指定字段的值。(例如“ hget stu name”，返回lisi)
•  hmset key field value [field value ...]: 同时将多个 field-value (域-值)对设置到哈希表 key 中(例如“ hmset stu name lisi age 13 add beijing”)
• hmget key field [field ...]：获取所有给定字段的值（例如“hmget stu name age”，返回lisi和13）
•  hgetall key :获取哈希表中所有的键值对
•  hdel key field [field ...]：删除一个或多个哈希表字段
• hlen key:获取哈希表中键值对的个数
•  hexists key field： 查看哈希表 中，指定的字段是否存在
• hkeys key/hvals key:获取该哈希表中所有的键/获取所有的值
•  hincrby key field increment：给该哈希表中的某个值加increment（例如“ hincrby stu age 12”，返回25，表示age加12）
•  hincrbyfloat key field increment：给该哈希表中的某个值加increment，一般是浮点类型
•  hsetnx key field value：只有在字段 field 不存在时，设置哈希表字段的值。

2.5 有序集合Zset(sorted set)

Redis 有序集合和集合一样也是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。

有序集合的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。

集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。 集合中最大的成员数为 232 - 1 (4294967295, 每个集合可存储40多亿个成员)

•  zadd key score member [score member ...]：向有序集合添加一个或多个成员，或者更新已存在成员的分数（例如“ zadd names 1 lisi 2 wangwu 3 zhaoliu”）
•  zrange key start stop [WITHSCORES]：通过索引区间返回有序集合成指定区间内的成员
•  zrangebyscore key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]：通过分数返回有序集合指定区间内的成员（例如“ zrangebyscore names -inf +inf”，返回lisi，wangeu，zhaoliu集合。“ zrangebyscore names -inf +inf withscores”，返回所有成员并且附带分数。“ zrangebyscore names -inf 2 withscores”，返回分数小于2的成员并且附带分数）
•  zrem key member [member ...]：移除有序集合中的一个或多个成员
• zcard key：返回有序集合中的元素个数
•  zcount key min max：计算在有序集合中指定区间分数的成员个数
• zrank key member： 返回有序集合中指定成员的索引（例如“zrank names zhaoliu”，返回2）
• zscore key member：返回有序集中，成员的分数值（例如“ zscore names zhaoliu”，返回3）
•  zrevrank key member：返回有序集合中指定成员的排名，有序集成员按分数值递减(从大到小)排序，逆序获取下标值。
•  zrevrange key start stop [WITHSCORES]：返回有序集中指定区间内的成员，通过索引，分数从高到底（例如“ zrevrange names 0 2”，依次返回zhaoliu，wangwu，lisi）
•  zrevrangebyscore key max min [WITHSCORES] [LIMIT offset count]:返回有序集中指定分数区间内的成员，分数从高到低排序(例如“zrevrangebyscore names 3 2”，返回zhaoliu，wangwu)