一、Redis 简介
Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的、基于内存的数据结构存储系统，它可以用作数据库、缓存和消息中间件。Redis 支持多种数据结构，如字符串、哈希、列表、集合、有序集合等，这使得它在各种应用场景中都非常灵活。
二、Redis 作为缓存中间件的使用
（一）缓存的基本原理
- 数据存储与读取
- 当应用程序需要频繁访问某些数据时，将这些数据存储在 Redis 缓存中。例如，在一个电商网站中，商品信息（如价格、库存等）是经常被用户查询的数据。在首次查询商品信息时，从数据库中获取数据，同时将其存储到 Redis 缓存中，下次查询相同商品信息时，就可以直接从 Redis 缓存中获取，大大提高了数据访问速度。
- 缓存的读取速度比传统数据库快很多，因为 Redis 是基于内存的存储系统。内存的读写速度比磁盘快几个数量级，所以能够快速响应应用程序的数据请求。
- 缓存过期策略
- Redis 提供了多种缓存过期策略来管理缓存数据的生命周期。可以为每个缓存键设置一个过期时间（TTL - Time To Live），当缓存数据超过过期时间后，Redis 会自动删除该数据。
- 例如，对于一些实时性较强的数据，如股票价格信息，可以设置较短的过期时间，如几分钟，以确保数据的及时性；而对于一些相对稳定的数据，如商品分类信息，可以设置较长的过期时间，如一天或更长。
（二）在.NET 应用程序中使用 Redis 缓存
- 安装 Redis 客户端库
- 在.NET 应用程序中使用 Redis，首先需要安装 Redis 客户端库。例如，
StackExchange.Redis是一个流行的.NET Redis 客户端库。可以通过 NuGet 包管理器安装它。 - 在 Visual Studio 中，打开 NuGet 包管理器控制台，运行命令
Install - Package StackExchange.Redis来安装该库。
- 连接到 Redis 服务器
- 安装好客户端库后，可以在应用程序中创建一个 Redis 连接。例如：
using StackExchange.Redis; class Program { static void Main() { var redis = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost"); IDatabase db = redis.GetDatabase(); // 在这里可以使用db进行数据操作 redis.Close(); } }
- 在上述代码中，
ConnectionMultiplexer.Connect方法用于连接到本地的 Redis 服务器（这里假设 Redis 服务器运行在本地，地址为localhost）。GetDatabase方法获取一个用于数据操作的IDatabase对象。最后，记得关闭连接（redis.Close），不过在实际应用中，连接复用器通常是单例模式，不需要频繁地打开和关闭连接。
- 缓存数据的读写操作
- 写入缓存数据：
- 假设要缓存一个用户对象的信息，首先将用户对象序列化为 JSON 字符串（可以使用
Newtonsoft.Json等库），然后将其存储到 Redis 缓存中。
using Newtonsoft.Json; using StackExchange.Redis; class Program { static void Main() { var redis = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost"); IDatabase db = redis.GetDatabase(); var user = new User { Name = "John", Age = 30 }; string userJson = JsonConvert.SerializeObject(user); db.StringSet("user:1", userJson, TimeSpan.FromMinutes(30)); redis.Close(); } } class User { public string Name { get; set; } public int Age { get; set; } }
- 在上述代码中，
StringSet方法用于将用户信息以 JSON 字符串的形式存储到 Redis 缓存中，键为user:1，过期时间设置为 30 分钟。 - 读取缓存数据：
- 当需要读取用户信息时，从 Redis 缓存中获取数据并反序列化。
using Newtonsoft.Json; using StackExchange.Redis; class Program { static void Main() { var redis = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost"); IDatabase db = redis.GetDatabase(); string userJson = db.StringGet("user:1"); if (!string.IsNullOrEmpty(userJson)) { var user = JsonConvert.DeserializeObject<User>(userJson); Console.WriteLine($"Name: {user.Name}, Age: {user.Age}"); } else { // 如果缓存中没有数据，可以从数据库中获取并缓存 Console.WriteLine("Data not found in cache."); } redis.Close(); } }
- 首先使用
StringGet方法获取缓存中的数据，如果数据存在，则将其反序列化并使用；如果数据不存在，可以考虑从数据库中获取数据，然后再缓存起来。
三、Redis 作为消息中间件的使用
（一）消息队列的基本概念
- 生产者 - 消费者模型
- Redis 可以实现简单的消息队列，基于生产者 - 消费者模型。生产者将消息发送到 Redis 中的队列（如使用 Redis 的列表数据结构实现队列），消费者从队列中获取消息并进行处理。
- 例如，在一个订单处理系统中，当有新订单生成时，订单生成模块作为生产者将订单信息发送到 Redis 消息队列。订单处理模块作为消费者从队列中获取订单信息并进行处理，如库存管理、发货安排等。
- 消息的可靠性和顺序性
- 在消息队列中，消息的可靠性是很重要的。Redis 提供了一些机制来确保消息不会丢失。例如，使用 Redis 的持久化功能（RDB 和 AOF）可以将队列中的消息存储到磁盘上，即使 Redis 服务器重启，消息也不会丢失。
- 对于消息的顺序性，在简单的队列场景下，按照先进先出（FIFO）的原则，先进入队列的消息先被处理。但在一些复杂的场景下，可能需要额外的机制来保证消息的顺序，如使用消息的时间戳或优先级队列等。
（二）在.NET 应用程序中使用 Redis 消息队列
- 发送消息（生产者）
- 同样使用
StackExchange.Redis库，假设要发送一个订单消息到队列中。
using StackExchange.Redis; class Program { static void Main() { var redis = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost"); IDatabase db = redis.GetDatabase(); var orderMessage = new OrderMessage { OrderId = 1, ProductName = "Book" }; string messageJson = JsonConvert.SerializeObject(orderMessage); db.ListRightPush("order_queue", messageJson); redis.Close(); } } class OrderMessage { public int OrderId { get; set; } public string ProductName { get; set; } }
- 在上述代码中，
ListRightPush方法将订单消息（以 JSON 字符串形式）发送到名为order_queue的 Redis 队列的右侧（遵循队列的插入规则，新消息添加到队列尾部）。
- 接收和处理消息（消费者）
- 消费者可以通过循环从队列中获取消息并处理。
using Newtonsoft.Json; using StackExchange.Redis; class Program { static void Main() { var redis = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost"); IDatabase db = redis.GetDatabase(); while (true) { string messageJson = db.ListLeftPop("order_queue"); if (!string.IsNullOrEmpty(messageJson)) { var orderMessage = JsonConvert.DeserializeObject<OrderMessage>(messageJson); Console.WriteLine($"Processing order {orderMessage.OrderId} for {orderMessage.ProductName}"); } else { // 队列为空，等待一段时间后再检查 System.Threading.Thread.Sleep(1000); } } } }
- 这里使用
ListLeftPop方法从队列的左侧（头部）获取消息。如果消息存在，则将其反序列化并处理；如果队列为空，则等待 1 秒钟后再次检查队列。
四、Redis 的其他数据结构在中间件场景中的应用
- 哈希（Hash）数据结构
- 哈希数据结构在存储对象数据时非常有用。例如，在缓存用户信息时，除了使用字符串存储整个用户对象的 JSON 表示，还可以使用哈希结构。每个用户的属性可以作为哈希的一个字段，键可以是用户 ID。
using StackExchange.Redis; class Program { static void Main() { var redis = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost"); IDatabase db = redis.GetDatabase(); var user = new User { Name = "John", Age = 30 }; db.HashSet("user:1", new HashEntry[] { new HashEntry("name", user.Name), new HashEntry("age", user.Age) }); string name = db.HashGet("user:1", "name"); int age = (int)db.HashGet("user:1", "age"); redis.Close(); } }
- 这种方式在更新和查询单个用户属性时更加高效，因为不需要对整个用户对象进行序列化和反序列化。
- 集合（Set）和有序集合（Sorted Set）数据结构
- 集合数据结构：可以用于存储一些不重复的元素，如用户的关注列表。在社交应用中，当一个用户关注其他用户时，可以将被关注用户的 ID 添加到一个集合中。
- 有序集合数据结构：可以用于实现排行榜等功能。例如，在一个游戏应用中，玩家的分数可以存储在有序集合中，根据分数进行排序，方便获取排行榜信息。
using StackExchange.Redis; class Program { static void Main() { var redis = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost"); IDatabase db = redis.GetDatabase(); // 使用集合存储用户关注列表 db.SetAdd("user:1:followers", "user2", "user3"); long count = db.SetLength("user:1:followers"); // 使用有序集合存储游戏排行榜 db.SortedSetAdd("game_rank", "player1", 100); db.SortedSetAdd("game_rank", "player2", 200); double score = db.SortedSetScore("game_rank", "player1"); redis.Close(); } }
