Redis（一）——Redis入门

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1、概述

• Nosql：

  • 技术演进：

    • 单机MySQL时代，网站的瓶颈在数据量太多、数据索引太大、访问量太大。优化数据库的数据结构和索引，使用文件缓存。
    • Memcached缓存+MySQL+垂直拆分、读写分离，每次查询都读取数据库比较麻烦，希望用缓存减轻数据库压力。
    • 分库分表+水平拆分+MySQL集群，缓存主要解决读的压力，分库分表主要解决写的压力。
    • 数据量太大、变化太快，关系型数据库不够用了。
    • 负载均衡+APP服务器集群+MySQL集群+各种功能服务器。

  • 为什么要用Nosql：数据爆发式增长，关系型数据库难以处理。

  • 什么是Nosql：

    • Nosql=Not only sql。泛指非关系型数据库。
    • 关系型数据库：表格，行和列构筑。
    • 很多数据类型的存储不能按照固定的行列存储。比如使用键值对存储。

  • Nosql特点：

    • 方便扩展，数据之间没有关系。

    • 大数据量、高性能。

    • 缓存是记录级的，是细粒度的缓存，性能比较高。

    • 数据类型是多样型的，不需要事先设计数据库，随取随用。

    • 传统RDBMS和Nosql：

      传统RDBMS:
      - 结构化组织
      - SQL
      - 数据和关系都存在单独的表中
      - 数据操作语言，数据定义语言
      - 严格的一致性
      - 基础的事务
      
      Nosql：
      - 没有固定的查询语言
      - 键值对存储、列存储、文档存储、图形数据库
      - 最终一致性
      - CAP定理和BASE（异地多活）
      - 高性能、高可用、高可扩展、高并发
      

• Nosql的四大分类：

  • KV键值对存储：redis。
  • 文档型数据库：MongoDB。
  • 列存储数据库：HBase。
  • 图形关系数据库：Neo4j。

• redis：

  • 远程字典服务Remote Dictionary Server。也被称为结构化数据库。
  • 功能：
    • 内存存储、持久化。
    • 效率高，可以用于高速缓存。
    • 发布消息、订阅系统。
    • 地图信息分析。
    • 计时器、计数器。
  • 特性：
    • 多样的数据类型。
    • 持久化。
    • 集群。
    • 事务。
  • 默认端口号6379。
  • Windows下打开客户端和服务端：
    • ping 命令测试连通。
    • set k v/get k v存入和获取值。

2、redis基础

• 基础知识：

  • redis默认有16个数据库。默认使用第0个，可以使用select 编号切换数据库。
  • 查看数据库大小：dbsize。
  • 查看所有的key：keys *。
  • 清空全部/当前库：flushall/flushdb。
  • redis是单线程的。因为redis是基于内存操作的，CPU不是redis的性能瓶颈，而是机器的内存和网络带宽。
  • 为什么单线程还这么快：redis是将所有的数据全部放在内存中的。避免了多线程导致的CPU上下文切换的资源浪费。使用了多路复用IO。

• redis的作用：数据库、缓存和消息中间件MQ。

• Redis-key的基本命令：

  • 判断某个键是否存在：exists 键名。
  • 移除某个键值对：move 键名 数据库编号。
  • 设置过期时间：expire 键名 秒数。
  • 查看剩余的时间：ttl 键名。
  • 查看当前key的类型：type 键名。

• 五个基本数据类型：

  • String字符串类型：
    • 存入键值对：set 键名 值。
    • 获取键值对：get 键名。
    • 给值追加字符串：append 键名 追加的值。返回追加后的长度。
    • 获得值的长度：strlen 键名。
    • 给数字字符串加一：incr 键名。
    • 给数字减一：decr 键名。
    • 给数字加n：incrby 键名 n。
    • 给数字减n：decrby 键名 n。
    • 范围截取字符串：getrange 键名 start end。从0开始，双闭区间。
    • 字符替换：setrange 键名 offset 值。从偏移量开始进行替换。返回替换后的长度。
    • 设置过期时间：setex 键名 秒数 值。
    • 如果不存在再设置：setnx 键名 值。存入成功返回值是1，失败返回0。
    • 批量设置：mset k1 v1 k2 v2。
    • 批量获取：mget k1 k2。
    • 如果不存在再设置：msetnx k1 v1 k2 v2。是一个原子性的操作，k1存在k2不存在，k2也无法设置成功。
    • 通过设计key存入对象：mset user:1:name lisi user:1:age 14。
    • 先get再set：getset 键名 值。如果get不到则返回nil，并且设置新值。
  • String类型的使用场景：
    • 计数器，统计粉丝的数量。
    • 对象缓存存储。
  • List列表类型：
    • 根据元素的出入规则，可以作为队列（阻塞队列）或栈使用。
    • 大部分的List命令都是l开头的。
    • 压入列表（插入列表头部，左）：lpush 键名 值。
    • 压入列表（插入列表尾部，右）：rpush 键名 值。
    • 获取列表中的值：lrange start end。
    • 移除列表（从列表头部，左）：lpop 键名。返回取出的值。
    • 移除列表（从列表尾部，右）：rpop 键名。
    • 根据索引获取值：lindex 键名 索引。
    • 删除指定数量的值：lrem 键名 数量 值。返回移除的值的数量。
    • 列表长度：llen 键名。
    • 列表截断：ltrim start end。移除两侧的元素。
    • 移除列表最后一个元素并且添加到一个新的列表：rpoplpush 原键名 新键名。还有其他不同的r/l组合。
    • 判断列表中是否有值：exists 键名，返回0则没有值。
    • 根据索引更新值：lset 键名 索引 值。列表必须已经存在，而且不能设置越界的索引。
    • 插入值：linsert 键名 before/after 基准的值 新的值。返回插入后的列表长度。
  • List类型的实现：
    • redis中的列表实际上是一个链表。
    • 在两边插入或者改动值，效率最高。
  • Set集合类型：
    • Set中的值是不能重复的，是无序的。
    • 大部分的Set命令都是s开头的。
    • 往集合中添加值：sadd 键名 值，返回1添加成功，返回0添加失败。
    • 集合中的所有值：smembers 键名。
    • 判断集合中有没有此元素：sismember 键名 值，返回0说明有，返回1说明没有。
    • 获取集合大小：scard 键名。
    • 从集合中移除元素：srem 键名 值。
    • 随机抽取一个元素：srandmember 键名 取出的数量。
    • 随机删除元素：spop 键名，返回移除的元素。
    • 将一个指定的值移动到另外的集合中：smove 原键名 新键名 值，返回1表示成功，0表示失败。
    • 取差集：sdiff 键名1 键名2。
    • 取交集：sinter 键名1 键名2。
    • 取并集：sunion 键名1 键名2。
  • Set类型的使用场景：
    • 将一个用户的粉丝放在集合中，交集作为共同关注的实现。
  • Hash哈希类型：
    • 可以认为是一个map集合，即key-map结构。
    • 大部分的Hash命令都是h开头的。
    • 往哈希中添加值：hset 键名 字段名 值，返回1成功，0失败。
    • 从哈希中获取值：hget 键名 字段名。
    • 批量添加值：hmset 键名 k1 v1 k2 v2。
    • 批量获取值：hmget 键名 k1 k2。
    • 获取所有的数据：hgetall 键名。
    • 删除操作：hdel 键名 字段名，返回1成功，0失败。
    • 获取哈希的大小：hlen 键名。
    • 判断哈希中的某个字段是否存在：hexists 键名 字段名，返回1存在，0不存在。
    • 只获取哈希的所有字段：hkeys 键名。
    • 只获取哈希的所有值：hvals 键名。
    • 使字段对应的值自增：hincrby 键名 字段名 步长，返回自增的结果。
    • 如果不存在则设置：hsetnx 键名 字段名 值。
  • Hash类型的使用场景：
    • 存入变更的数据，比如存入一个对象的数据。
  • Zset有序集合类型：
    • 在Set的基础上，增加了一个值作为分数。
    • 添加操作：zadd 键名 分数 值，返回1添加成功，0失败。
    • 根据分数排序排序：zrangebyscore 键名 -inf +inf ，最小最大值设置为无穷。加withscores可以输出分数。
    • 倒序输出：zrevrange 键名 start end。
    • 输入所有元素：zrange 键名 start end。
    • 移除元素：zrem 键名 值 ，返回1移除成功。
    • 集合的大小：zcard 键名。
    • 获取指定分数区间的元素数量：zcount 键名 min max，返回元素数量。
  • Zset类型应用场景：
    • 存储班级成绩表、工资表排序。
    • 设置不同消息的权重，显示重要类型。
    • 排行榜应用实现。

• 三种特殊数据类型：

  • geospatial地理位置：
    • 一般会下载城市数据，通过程序一次性导入。有效的经度从-180道180，有效的纬度从-85到85。
    • geo的底层实现是Zset，可以用Zset的命令操作geo。
    • 添加地理位置：geoadd 键名 经度 纬度 字段名 ，返回添加成功的数量。
    • 从指定的键中获取定位的经纬度：geopos 键名 字段名。
    • 两个定位之间的距离：geodist 键名 字段1 字段2 ，默认返回的单位是米。
    • 以给定定位为中心，找出半径内的元素：georadius 键名 经度 纬度 半径。
    • 以给定元素为中心，找出半径内的元素：georadiusbymember 键名 字段名 半径。
    • 返回位置的geohash表示：geohash 键名 字段名。
  • geospatial类型的应用场景：
    • 朋友定位、附近的人。
    • 打车距离、城市经度纬度查询。
  • hyperloglog基数统计：
    • 基数：不重复的元素个数，数字非常大时可以接受误差（0.81%）。
    • 优点：占用的内存是固定的12KB，相比使用Set集合节省内存。
    • 添加元素：pfadd 键名 元素，返回1表示成功。
    • 统计元素个数：pfcount 键名。
    • 合并操作：pfmerge 目标键名 源键名1 源键名2。
  • hyperloglog类型应用场景：
    • 一个人访问一个网站多次，但还是算作一个人。
  • bitmap位图数据：
    • 设置值：setbit 键名 offset 值。值只能存0或1。返回0表示新建，1表示覆盖。
    • 查看值：getbit 键名 offset。
    • 统计1的数量：bitcount 键名 start end。
  • bitmap类型应用场景：
    • 存储打卡信息。
    • 只有两个状态的情况。