2019-10-01 | Redis | UNLOCK

从0开始-Redis入门

1.Redis 简介

Redis 是完全开源免费的,遵守 BSD 协议,是一个高性能的 key - value 数据库。

Redis 与 其他 key - value 缓存产品有以下三个特点:

1. Redis 支持数据持久化,可以将内存中的数据保存在磁盘中,重启的时候可以再次加载进行使用。

2. Redis 不仅仅支持简单的 key - value 类型的数据,同时还提供 list,set,zset,hash 等数据结构的存储。

3. Redis 支持数据的备份,即 master - slave 模式的数据备份。

2.Redis 优势

  1. 性能极高 – Redis 读的速度是 110000 次 /s, 写的速度是 81000 次 /s 。

  2. 丰富的数据类型 - Redis 支持二进制案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 数据类型操作。

  3. 原子性 - Redis 的所有操作都是原子性的,意思就是要么成功执行要么失败完全不执行。单个操作是原子性的。多个操作也支持事务,即原子性,通过 MULTI 和 EXEC 指令包起来。

  4. 其他特性 - Redis 还支持 publish/subscribe 通知,key 过期等特性。

3.Redis 数据类型

Redis 支持 5 中数据类型:string(字符串),hash(哈希),list(列表),set(集合),zset(sorted set:有序集合)。

3.1 string

string 是 redis 最基本的数据类型。一个 key 对应一个 value。

string 是二进制安全的。也就是说 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,string 类型的值最大能存储 512 MB。

理解:string 就像是 java 中的 map 一样,一个 key 对应一个 value

localhost:0> set tfx helloredis2019
"OK"
localhost:0> get tfx
"helloredis2019"

3.2 hash

Redis hash 是一个键值对(key - value)集合。

Redis hash 是一个 string 类型的 key 和 value 的映射表,hash 特别适合用于存储对象。

理解:可以将 hash 看成一个 key - value 的集合。也可以将其想成一个 hash 对应着多个 string。

与 string 区别:string 是 一个 key - value 键值对,而 hash 是多个 key - value 键值对。

hash-key 可以看成是一个键值对集合的名字,在这里分别为其添加了 sub-key1 : value1、sub-key2 : value2、sub-key3 : value3 这三个键值对

localhost:0>hset hash-key sub-key1 value1
"1"
localhost:0>hset hash-key sub-key2 value2
"1"
localhost:0>hset hash-key sub-key3 value3
"1"

获取 hash-key 这个 hash 里面的所有键值对

localhost:0>hgetall hash-key
 1)  "sub-key1"
 2)  "value1"
 3)  "sub-key2"
 4)  "value2"
 5)  "sub-key3"
 6)  "value3"

删除 hash-key 这个 hash 里面的 sub-key2 键值对

localhost:0>hdel hash-key sub-key2
"1"
localhost:0>hget hash-key sub-key2
null
localhost:0>hget hash-key sub-key1
"value1"
localhost:0>hgetall hash-key
 1)  "sub-key1"
 2)  "value1"
 3)  "sub-key3"
 4)  "value3"

3.3 list

Redis 列表是简单的字符串列表,按照插入顺序排序,可以往列表的左边或者右边添加元素。

localhost:0>rpush list-key value1
"1"
localhost:0>rpush list-key value2
"2"
localhost:0>rpush list-key value1
"3"
localhost:0>lrange list-key 0 -1
 1)  "value1"
 2)  "value2"
 3)  "value1"
localhost:0>lindex list-key 1
"value2"
localhost:0>lpop list-key
"value1"
localhost:0>lrange list-key 0 -1
 1)  "value2"
 2)  "value1"

list 是一个简单的字符串集合,和 Java 中的 list 相差不大,区别就是这里的 list 存放的是字符串。list 内的元素是可重复的。

3.4 set

Redis 的 set 是字符串类型的无序集合。集合是通过哈希表实现的,因此添加、删除、查找的复杂度都是 O(1)。

localhost:0>sadd key1 value1
"1"
localhost:0>sadd key1 value2
"1"
localhost:0>sadd key1 value3
"1"
localhost:0>sadd key1 value1
"0"
localhost:0>smembers key1
 1)  "value2"
 2)  "value1"
 3)  "value3"
localhost:0>sismember key1 value4
"0"
localhost:0>sismember key1 value1
"1"
localhost:0>srem key1 value2
"1"
localhost:0>srem key1 value2
"0"
localhost:0>smembers key1
 1)  "value1"
 2)  "value3"

redis 的 set 与 java 中的 set 还是有点区别的。redis 的 set 是一个 key 对应着 多个字符串类型的 value,也是一个字符串类型的集合,但是和 redis 的 list 不同的是 set 中的字符串集合元素不能重复,但是 list 可以。

3.5 zset

redis zset 和 set 一样都是 字符串类型元素的集合,并且集合内的元素不能重复。

不同的是 zset 每个元素都会关联一个 double 类型的分数。redis 通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。

zset 的元素是唯一的,但是分数(score)却可以重复。

localhost:0>zadd zset-key 700 member1
"1"
localhost:0>zadd zset-key 800 member2
"1"
localhost:0>zadd zset-key 600 member2
"0"
localhost:0>zrange zset-key 0 -1 withscores
 1)  "member2"
 2)  "600"
 3)  "member1"
 4)  "700"
localhost:0>zrangebyscore zset-key 0 650 withscores
 1)  "member2"
 2)  "600"
localhost:0>zrem zset-key member1
"1"
localhost:0>zrem zset-key member1
"0"
localhost:0>zrange zset-key 0 -1 withscores
 1)  "member2"
 2)  "600"

zset 是按照 分输的大小来排序的。

3.6 总结

类型简介 特性场景
string(字符串) 二进制安全可以包含任何数据,比如 jpg 图片或者序列化的对象,一个键最大能存储 521M
Hash(哈希) 键值对集合,即编程语言中的 Map 类型适合存储对象,并且可以像数据库中 update 一样只修改某一项属性值存储、读取、修改用户属性
List(列表) 双向链表增删快,提供了操作某一段元素的 API 1、最新消息排行等功能(朋友圈的时间线)2、消息队列
Set(集合) 哈希表实现,元素不能重复添加删除查找的复杂度都是 O(1);为集合提供了求交集、并集、差集等操作共同好友;利用唯一性,统计访问网站的所有独立 ip;好友推荐时,根据 tag 求交集,大于某个阈值就可以推荐
Zset(有序集合) 将 Set 中的元素增加一个权重参数 score,元素按 score 有序排列数据插入集合时,已经进行天然排序排行榜;带权重的消息队列

4 发布订阅

一般不用 Redis 做消息发布订阅。

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。

以下实例演示了发布订阅是如何工作的。在我们实例中我们创建了订阅频道名为 redisChat:

localhost:0>subscribe redisChat
切换到推送/订阅模式,关闭标签页来停止接收信息。
 1)  "subscribe"
 2)  "redisChat"
 3)  "1"

接下来先重新开启个 redis 客户端,然后在同一个频道 redisChat 发布两次消息,订阅者就能接收到消息。

localhost:0>publish redisChat "blog.iyu.pub"
"1"
localhost:0>publish redisChat "hello redis"
"1"

在订阅者的客户端显示如下:

localhost:0>subscribe redisChat
切换到推送/订阅模式,关闭标签页来停止接收信息。
 1)  "subscribe"
 2)  "redisChat"
 3)  "1"

 1)  "message"
 2)  "redisChat"
 3)  "blog.iyu.pub"
 1)  "message"
 2)  "redisChat"
 3)  "hello redis"

5 事务

redis 事务一次可以执行多条命令,服务器在执行命令期间,不会去执行其他客户端的命令请求。

事务中的多条命令被一次性发送给服务器,而不是一条一条地发送,这种方式被称为流水线,它可以减少客户端与服务器之间的网络通信次数从而提升性能。

Redis 最简单的事务实现方式是使用 MULTI 和 EXEC 命令将事务操作包围起来。

批量操作在发送 EXEC 命令前被放入队列缓存。

收到 EXEC 命令后进入事务执行,事务中任意命令执行失败,其余命令依然被执行。也就是说 Redis 事务不保证原子性。

在事务执行过程中,其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。

一个事务从开始到执行会经历以下三个阶段:

开始事务。

命令入队。

执行事务。

以下是一个事务的例子, 它先以 MULTI 开始一个事务, 然后将多个命令入队到事务中, 最后由 EXEC 命令触发事务, 一并执行事务中的所有命令:

localhost:0>multi
"OK"
localhost:0>set redismulti test1
"QUEUED"
localhost:0>get redismulti
"QUEUED"
localhost:0>sadd redistag value1 value2 value3
"QUEUED"
localhost:0>smembers redistag
"QUEUED"
localhost:0>exec
 1)  "OK"
 2)  "test1"
 3)  "3"
 4)    1)   "value2"
         2)   "value1"
        3)   "value3"

单个 Redis 命令的执行是原子性的,但 Redis 没有在事务上增加任何维持原子性的机制,所以 Redis 事务的执行并不是原子性的。

事务可以理解为一个打包的批量执行脚本,但批量指令并非原子化的操作,中间某条指令的失败不会导致前面已做指令的回滚,也不会造成后续的指令不做。

这是官网上的说明 From redis docs on transactions:

It's important to note that even when a command fails, all the other commands in the queue are processed – Redis will not stop the processing of commands.

例如:

localhost:0>multi
"OK"
localhost:0>set a a
"QUEUED"
localhost:0>set b b
"QUEUED"
localhost:0>set c c
"QUEUED"
localhost:0>exec
 1)  "OK"
 2)  "OK"
 3)  "OK"

如果在 set b b 处失败,set a 已成功不会回滚,set c 还会继续执行。

命令 描述
DISCARD 取消事务,放弃执行事务块内的所有命令
EXEC 执行所有事务块内的命令
MULTI 标记一个事务块的开始
UNWATCH 取消 WATCH 命令对所有 key 的监视
WATCH key [key …] 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

6 持久化

Redis 是内存型数据库,为了保证数据在断电后不会丢失,需要将内存中的数据持久化到硬盘上。

6.1 RDB 持久化

将某个时间点的所有数据都存放到硬盘上。

可以将快照复制到其他服务器从而创建具有相同数据的服务器副本。

如果系统发生故障,将会丢失最后一次创建快照之后的数据。

如果数据量大,保存快照的时间会很长。

6.2 AOF 持久化

将写命令添加到 AOF 文件(append only file)末尾。

使用 AOF 持久化需要设置同步选项,从而确保写命令同步到磁盘文件上的时机。这是因为对文件进行写入并不会马上将内容同步到磁盘上,而是先存储到缓冲区,然后由操作系统决定什么时候同步到磁盘。

选项同步频率always每个写命令都同步eyerysec每秒同步一次no让操作系统来决定何时同步

always 选项会严重减低服务器的性能

everysec 选项比较合适,可以保证系统崩溃时只会丢失一秒左右的数据,并且 Redis 每秒执行一次同步对服务器几乎没有任何影响。

no 选项并不能给服务器性能带来多大的提升,而且会增加系统崩溃时数据丢失的数量。

随着服务器写请求的增多,AOF 文件会越来越大。Redis 提供了一种将 AOF 重写的特性,能够去除 AOF 文件中的冗余写命令。

7 复制

通过使用 slaveof host port 命令来让一个服务器成为另一个服务器的从服务器。

一个从服务器只能有一个主服务器,并且不支持主主复制。

7.1 连接过程

(1)主服务器创建快照文件,即 RDB 文件,发送给从服务器,并在发送期间使用缓冲区记录执行的写命令。快照文件发送完毕之后,开始像从服务器发送存储在缓冲区的写命令。

(2)从服务器丢弃所有旧数据,载入主服务器发来的快照文件,之后从服务器开始接受主服务器发来的写命令。

(3)主服务器每执行一次写命令,就向从服务器发送相同的写命令。

7.2 主从链

随着负载不断上升,主服务器无法很快的更新所有从服务器,或者重新连接和重新同步从服务器将导致系统超载。为了解决这个问题,可以创建一个中间层来分担主服务器的复制工作。中间层的服务器是最上层服务器的从服务器,又是最下层服务器的主服务器。

8 哨兵

Sentinel(哨兵)可以监听集群中的服务器,并在主服务器进入下线状态时,自动从从服务器中选举处新的主服务器。

9 分片

分片是将数据划分为多个部分的方法,可以将数据存储到多台机器里面,这种方法在解决某些问题时可以获得线性级别的性能提升。

假设有 4 个 Redis 实例 R0, R1, R2, R3, 还有很多表示用户的键 user:1, user:2, … , 有不同的方式来选择一个指定的键存储在哪个实例中。

最简单的是范围分片,例如用户 id 从 0 ~ 1000 的存储到实例 R0 中,用户 id 从 1001 ~ 2000 的存储到实例 R1中,等等。但是这样需要维护一张映射范围表,维护操作代价高。

还有一种是哈希分片。使用 CRC32 哈希函数将键转换为一个数字,再对实例数量求模就能知道存储的实例。

根据执行分片的位置,可以分为三种分片方式:

客户端分片:客户端使用一致性哈希等算法决定应当分布到哪个节点。

代理分片:将客户端的请求发送到代理上,由代理转发到正确的节点上。

服务器分片:Redis Cluster。

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