Redis基础1

一、Redis简介

Redis是基于键值对形式的NoSQL数据库，在Redis数据库中其键的类型必须是String，但是其值可以是string（字符串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合）、 Bitmaps（位图）、HyperLogLog、GEO（地理信息定位）等多种数据结构和算法组成，所以说Redis能满足多种应用场景，Redis会将所有的数据存放在内存中，还可以将内存中的数据利用快照和日志的形式保存到硬盘中，因此读写性能也较好，并且在发生断电或者机器故障时，内存数据不会丢失。除此之外，Redis还提供键过期、发布订阅、事务、流水线、Lua脚本等附加功能。

Redis的特性

1. 在内存中存储数据：Redis是通过表来组织存储数据的，属于“关系型数据库”，Redis是通过键值对来存储数据的，key必须是String，Value可以是String、List、Set等数据结构，Redis自身的Hash表是通过哈希表来组织的，属于“非关系型数据库”
2. 可编程性：可以通过简单的交互式命令或者脚本的方式，批量执行一些操作
3. 可拓展性：可以在Redis原有提供的API的基础上在进行拓展
4. 持久性：Redis会把数据主要存储在内存上，硬盘作为辅助（内存的数据备份），如果Redis重启了，就会在重启时加载硬盘中的备份数据，使Redis的内存恢复到重启前的状态。
5. 支持集群：Redis作为分布式系统的中间件，能存储的数据是有限的，支持集群就能引入多个主机，部署多个Redis节点，每个Redis能够存储一部分数据
6. 高可用性：Redis自身支持“主从”结构的，从节点相当于对主节点的备份。

Redis的应用场景

1. 当作数据库使用：Redis是存储在内存中的，访问速度较快，性能较好，Redis中存储的是全量数据，数据不会随便丢失，但是需要更多的硬件资源
   
2. 作为缓存使用：Mysql存储数据多，但访问速度较慢，热点数据存储在Redis中(二八原则),Redis存储部分数据，全量数据是存储在Mysql中的，Redis中即使数据丢失也能从Mysql中再进行加载恢复出来的
   
3. 会话数据存储在Redis中：之前的session存储在应用服务器中的，现在将会话存储在Redis中时，不论负载均衡器将用户请求放到那个应用服务器，都能通过Redis拿到会话信息，并且在应用重启后session信息不会丢失。
   

1. 消息队列（服务器）：对于分布式系统中服务器之间可以使用生产者-消费者模型（可以解耦合和削峰填谷），Redis也是客户端-服务器程序（Mysql也是）
   

Redis过期删除策略

Redis的过期删除策略是定期删除和惰性删除相结合

惰性删除：假设key已经到过期时间了，但是暂时还没有删除，如果后面访问到了这个key，redis服务器就会触发删除key的操作，同时再返回一个nil；

定期删除：每次会抽取一部分，进行验证过期时间，保证抽取检查的过程的速度足够快（Redis是单线程的程序，主要的任务是处理每个命令的任务，如果扫描过期key耗用的时间太多了，正式处理的请求命令就有可能阻塞）

Redis并没有采取定时器的方式来实现过期key的删除

Redis的单线程模型

Redis只用一个线程来处理所有的命令请求（避免了线程安全问题），但并不代表一个Redis服务器进程内部只有一个线程，只是多个线程在处理网络IO，Redis的核心业务逻辑都是短平快的，不太消耗CPU资源，故可以使用单线程模型。

单线程模型的弊端：操作命令占用时间长就会阻塞其他命令的执行

Redis虽然是单线程但是效率高的原因（参照物是数据库（mysql、Oracle、sql server等））：

1. Redis的操作是访问内存，数据库是访问硬盘
2. Redis的核心业务比数据库的更简单（数据库对数据的增删改查都有复杂的业务支持，这样的功能会耗用更多的额外开销）

1. Redis的单线程模型避免了一些不必要的线程进程开销，Redis的核心业务逻辑都是短平快的，不太消耗CPU资源，多个线程对于Redis的提升不大

处理网络IO的时候，使用了epoll这样的IO多路复用机制

二、Redis的全局命令

• 必须要先进入redis客户端才能操作Redis命令
• Redis命令不区分大小写

• Redis内部是按照二进制来存储数据的，要想把二进制字节换回汉字，就需要客户端来支持 redis-cli --raw

keys pattern：查询当前服务器上匹配的key，通过一些特殊符号（通配符）来匹配key，时间复杂度是O(n)，执行keys *的时间会非常长，不建议使用

Pattern：包含特殊符号的字符串，为了描述符合要求的字符串

？匹配任意一个字符

* 匹配0个或任意字符

[] 匹配[]其中的任意一个

[^] 排除其中的字符，其余都能匹配

[a-b] 匹配从a到b范围内的字符，包含边界字符

exists key [key...]：判断key是否存在，返回key存在的个数（针对多个key），时间复杂度为O(1),Redis是按照哈希表的方式来存储的

del key [key...]： 删除key，返回删除key的个数，若不存在返回0，时间复杂度为O(1)

expire key seconds：给指定的key设置过期时间，超出指定值就会被自动删除，该命令适用于存在的key，设置成功返回1，失败返回0，时间复杂度为O(1)，时间单位是秒（例如短信验证码、优惠券的有效期）

ttl key：查询key的过期时间，key没有设置过期时间返回-1，key不存在返回-2，时间复杂度为O（1）

Flushall：清空redis上的所有数据，相当于清库

三、Redis常见数据类型

String数据类型

常见命令：

SET：将string 类型的value设置到key中。如果key之前存在，则覆盖，⽆论原来的数据类型是什么。之前关于此key的TTL也全部失效。

语法格式： SET key value [expiration EX seconds|PX milliseconds] [NX|XX]

时间复杂度：O(1)

选项：

SET命令⽀持多种选项来影响它的⾏为：

• EX seconds⸺使⽤秒作为单位设置key的过期时间。

• PX milliseconds⸺使⽤毫秒作为单位设置key的过期时间。

• NX⸺只在key不存在时才进⾏设置，即如果key之前已经存在，设置不执⾏（不存在才执行）。

• XX⸺只在key存在时才进⾏设置，即如果key之前不存在，设置不执⾏（存在才执行）。

GET：获取key对应的value。如果key不存在，返回nil。如果value的数据类型不是string，会报错。

语法格式： GET key

时间复杂度：O(1)

返回值：key对应的value，或者nil当key不存在。

MSET：⼀次性设置多个key的值。

语法格式： MSET key value [key value ...]

时间复杂度：O(N)N是key数量

返回值：永远是OK

MGET：⼀次性获取多个key的值。如果对应的key不存在或者对应的数据类型不是string，返回nil。

语法格式：MGET key [key ...]

时间复杂度：O(N)N是key数量，命令中key的数量，可以近似认为是O(1)

返回值：对应value的列表

SETNX：设置key-value但只允许在key之前不存在的情况下。

SETXX：设置key-value但只允许在key之前存在的情况下。

SETEX：设置过期时间

PSETEX：设置过期时间，单位是毫秒

语法格式：SETNX key value

时间复杂度：O(1)

返回值：1表⽰设置成功。0表⽰没有设置。

APPEND:如果key已经存在并且是⼀个string，命令会将value追加到原有string的后边。如果key不存在，则效果等同于SET命令

语法格式：APPEND KEY value

时间复杂度：O(1)

返回值：追加完成后string的长度（字节）（utf8编码中一个汉字是3个字节）

GETRANGE：返回key对应的string的⼦串，由start和end确定（左闭右闭）。可以使⽤负数表⽰倒数。-1代表倒数第⼀个字符，-2代表倒数第⼆个，其他的与此类似。超过范围的偏移量会根据string的⻓度调整成正确的值。

语法格式：GETRANGE key start end

时间复杂度：O(n)

返回值：string的指定范围的子串

SETRANGE：覆盖字符串的⼀部分，从指定的偏移开始，如果key不存在，会将offset之前的内容填充为0X00

语法格式：SETRANGE key offset value

时间复杂度：O(n)

返回值：替换后string的长度

STRLEN：获取key对应的string的⻓度（单位是字节）。当key存放的类似不是string时，报错。

语法格式：STRLEN key

时间复杂度：O(1)

返回值：string的长度

字符串类型的编码方式：

Int：8个字节类型的长整型

Embstr：小于等于39个字节的字符串，存储小数也是按照压缩字符串类型

Raw：大于39个字节的字符串

String类型的应用场景：

1. 缓存
2. 计数
3. 共享会话
4. 手机验证码（过期删除）

计数命令：

时间复杂度均是O(1)

INCR：将key对应的string表⽰的数字加⼀。如果key不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的string不是⼀个整型或者范围超过了64位有符号整型，则报错。

语法格式：INCR key

INCRBY：将key对应的string表⽰的数字加上对应的值。如果key不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的string不是⼀个整型或者范围超过了64位有符号整型，则报错。

语法格式： INCRBY key decrement

DECR：将key对应的string表⽰的数字减⼀。如果key不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的string不是⼀个整型或者范围超过了64位有符号整型，则报错。

语法格式：DECR key

DECRBY：将key对应的string表⽰的数字减去对应的值。如果key不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的string不是⼀个整型或者范围超过了64位有符号整型，则报错。

语法格式：DECRBY key decrement

INCRBYFLOAT：将key对应的string表⽰的浮点数加上对应的值。如果对应的值是负数，则视为减去对应的值。如果key 不存在，则视为key对应的value是0。如果key对应的不是string，或者不是⼀个浮点数，则报错。允许采⽤科学计数法表示浮点数

语法格式：INCRVYFLAOT key increment

List数据类型

List列表类型：用于存储多个有序的字符串，约定起始下标从左侧0开始，两侧都可以进行插入和删除（可以当作栈和队列来使用）

List列表类型的特点：

列表中的元素是有序的（元素顺序调换和之前的List是不等价的）

区分获取和删除的区别（获取并不会修改列表，但是删除会修改列表）

允许元素重复

常见命令（使用如下命令时要求key对应的value是list，否则就会报错）：

LPUSH：将一个或多个元素从左侧（头插）到list中

语法格式：LPUSH key element [element...]

时间复杂度：O(1)

返回值：插入后List的长度

RPUSH：将一个或多个元素从右侧（尾插）到list中

语法格式：RPUSH key element [element...]

时间复杂度：O(1)

返回值：插入后List的长度

LRANGE：获取从start到stop的所有元素，左闭右闭

语法格式：LRANGE key start stop

时间复杂度：O(1)

返回值：指定区间的元素

当区间下标非法时，Redis会尽可能取到给定区间的元素

LPOP：从List左侧取出元素（头删）

语法格式：LPOP key

时间复杂度：O(1)

返回值：取出的元素或者nil

RPOP：从List右侧取出元素（尾删）

语法格式：RPOP key count count参数的使用在redis 6.2以及之后的版本

时间复杂度：O(1)

返回值：取出的元素或者nil

LINDEX：获取从左数第index位置的元素

语法格式：LINDEX key index

时间复杂度：O(N) N指列表的长度 该命令需要遍历链表

返回值：取出的元素或者nil

LINSERT：在特定位置插入元素

语法格式：LINSERT key  pivot element 是在基准元素第一次出现的位置进行插入

时间复杂度：O(N)

返回值：插入成功后List的长度

LLEN：获取List的长度

语法格式：LLEN key

时间复杂度：O(1)

返回值：List的长度

LREM：删除指定的元素

语法格式：LREM key count element    

count是要删除的个数 count>0 从左向右删除， count<0 从右往左删除， count=0删除所有的元素

element是指要删除的值

时间复杂度：O(N)

返回值：成功删除的元素的个数

LTRIM：删除指定范围的元素

语法格式：LRIM key start stop 保留start和stop区间内的元素，将两边的元素进行删除

时间复杂度：O(N)

返回值：是否删除成功

LSET：根据下标修改元素

语法格式：LSET key index element

时间复杂度：O(N)

返回值：下标不合法时会报错，否则返回ok

阻塞版本的命令：

blpop和brpop是lpop和rpop的阻塞版本（阻塞队列，支持“队列为空”的情况，不考虑“队列为满”的情况）和对应的非阻塞版本的作用一致（当list中存在元素时），但仍存在如下区别：

如果list为空，blpop和brpop就会一直阻塞到队列不空为止，阻塞期间Redis依然可以执行别的命令，并且可以显示设置阻塞时间

blpop和brpop可以同时指定多个key，命令中如果设置了多个键，那么就会从左到右来进行遍历，一旦有键对应的链表可以弹出元素，命令就会立即返回

如果多个客户端同时执行一个键pop，则最先执行命令的客户端会得到弹出的元素

BLPOP：从List左侧取出元素（头删）

语法格式：BLPOP key [key …] timeout（单位是s）Redis6允许设置超时时间为小数形式

这些List中右任意一个非空，blpop就都能把这些元素获取到并立即返回

如果这些List都为空，此时就需要进行阻塞等待，等待其他客户端往这些list中插入元素

时间复杂度：O(1)

返回值：

列表非空情况：二元组形式，可以说明数据来源与那个key，以及取到的数据

空列

表情况：进行阻塞等待，得到数据后进行返回，并返回等待时间

list的内部编码：通过quickList进行内部实现，quick List是链表和压缩链表的结合，整体是通过链表实现，链表的每个节点是一个压缩链表，每个压缩列表都不会太大然后用压缩链表进行相连，整体的操作效率高，并且能够节省空间

list类型的应用场景：

1. 作为类似数组的结构来存储数据（班级中存储学生列表）
2. 作为消息队列使用（生产者-消费者模型）
3. 对于一对多场景中进行列表分页
4. Pipline（流水线）机制，减少网络交互的次数
5. 选择列表类型时：同侧存取(lpush和lpop或者rpush和rpop)为栈，异侧存取(lpush和rpop或者rpush和lpop)为队列

Hash数据类型

Hash哈希类型：Redis自身属于hash键值对建构，value的类型也可以是Hash表类型（“fileld -> value”），此处的value也可以当作数字进行处理

常见命令：

HSET：设置Hash中指定的字段（field）的值（value），此处的value只能是字符串类型

语法格式：HSET key field value [ field value ...]

时间复杂度：O(1)

返回值：设置成功的键值对的个数

HGET：获取hash中指定字段的值。

语法格式：HGET key field

时间复杂度：O(1)

返回值：字段对应的值或者nil

HEXISTS：判定hash中是否有指定的字段

语法格式： HEXISTS key field

时间复杂度：O(1)

返回值：1表示存在，0表示不存在

HDEL：删除hash中的指定字段

语法格式：HDEL key field

时间复杂度：O(1)

返回值：本次操作成功删除的字段个数

HKEYS：获取hash中的所有字段

语法格式：HKEYS key

时间复杂度：O(N)（N指的是hash表的长度），该操作会根据key找到hash，然后会进行遍历

返回值：字段列表

HVALS：获取hash中所有的值

语法格式：HVALS key

时间复杂度：O(N)

返回值：值列表

HGETALL：获取hash中所有的字段以及对应的值

语法格式：HGETALL key

时间复杂度：O(N)

返回值：所有的字段以及对应的值

HMGET：获取hash中多个field

语法格式：HMGET key field [field...]

时间复杂度：O(N)

返回值: 指定多个字段对应的值（field和value的顺序匹配）

HLEN：获取hash中所有字段的个数

语法格式：HLEN key

时间复杂度：O(1)

返回值：字段个数

HSETNX：在字段不存在的情况下，设置hash中的字段和值

语法格式：HSETNX key field value

时间复杂度：O(1)

返回值：1表示设置成功，2表示设置失败

HINCRBY：将hash字段对应的值添加指定的值

语法格式：HINCRBY key field increment

时间复杂度：O(1)

返回值：该字段变化后的值

HINCRBYFLOAT：将hash字段对应的值添加指定的值（浮点数）

语法格式：HINCRBYFLOAT key field increment

时间复杂度：O(1)

返回值：该字段变化后的值

HASH类型的应用场景：

缓存

作为关系型数据库使用

Redis基础2:https://developer.aliyun.com/article/1521822