【redis】redis基础命令，分布式锁，缓存问题学习大集合

写在前面

Redis是一个高速的内存数据库，它的应用十分广泛，可以说是服务端必学必精的东西。然而，学以致用，无用则无为。学了的东西必须反复的去用，去实践，方能有真知。这篇文章记录了我在redis学习过程中的笔记、理解和实践，仅供参考。

本章介绍redis基础中的基础，常用命令的使用和效果。

如果你已经很厉害了，不需要看基础命令，你可以跳转：

【redis】redis应用场景，缓存的各种问题解析

【redis】分布式锁实现，与分布式定时任务

string

string类型是redis中最常见的类型了，通过简单的set、get命令就可以对这个数据结构做增删操作，应该也是redis最大众的类型之一，存json、存自增数值、甚至缓存图片。 string的底层是redis作者自定义的一个叫SDS的struct。长下面这样：

redis是使用c语言实现的

typedef char *sds;
// 省略
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
    uint64_t len; /* used */
    uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};

• len 记录了字符串的长度
• alloc 表示字符串的最大容量（不包含最后多余的那个字节）。
• flags 总是占用一个字节。其中的最低3个bit用来表示header的类型。源码中的多个header是用来节省内存空间的。

这里有一个疑问，为什么作者要自定义一个sds而不是直接用c语言的字符串呢？

1. 时间复杂度要求 redis的数据结构设计总是基于最优复杂度方案的，对每一个点的时间、空间复杂度要求非常高，这一点c语言的string就已经不满足需求了，因为c自带的字符串并不会记录自身长度信息，所以每次获取字符串长度的时间复杂度都是o(n)，所以redis作者设计SDS时，有一个len字段，记录了字符串的长度，这样每次获取长度时的时间复杂度就是O(1)了。

2. 缓冲区溢出问题 其实也是c语言不记录本身长度带来的问题，当拼接字符串的时候，例如 hello + world 因为c不记录长度，所以在拼接字符的时候需要手动为hello分配五个内存空间，然后才能+world，如果忘记分配内存，那么就会产生缓冲区溢出，而redis的解决方案是在SDS中分别记录len和alloc，表示当前字符串长度和最大容量，这样当进行字符串拼接的时候api直接去判断最大容量是否满足，满足就直接插入，不满足则对 char * 做一次扩容，然后插入，减少了人为出错的概率，并且可以对alloc适当的进行空间预先分配，减少扩容次数，例如在创建字符串hello时，完全可以将alloc长度设置10，这样在加入world时直接放进去就ok了。

3. 实现了c语言字符串的识别特性，复用了c语言自带的字符串函数 传统的c语言使用的是n+1的char数组来表示长度n的字符串的，然后在n长度最后加上一个 , 所以redis的sds在设计的时候也加上了这个，这样可以复用部分c语言字符串的函数。

4. 二进制安全 c字符串中的字符必须符合某种编码，比如 ASCII 并且除了字符串的末尾之外，字符串里面不能包含空字符（这里空字符指的是空()不是空格、换行之类的字符），主要是不能存储二进制的图片、视频、压缩文件等内容，而我们知道redis是可以用来缓存图片二进制数据的。因为redis记录了字符长度。c没有记录长度的时候遇到就认为读到字符结尾了。

可以看出，c语言中字符串没有记录长度是一个比较麻烦的事儿，如果没有记录长度就必须用占位符确定字符末尾，导致二进制不安全。如果没有记录长度就必须每次统计长度，导致时间复杂度陡增。如果没有记录长度在分割字符串、拼接字符串时麻烦也不少。所以---总的来说，在设计字符串的时候，不要忘了记录长度。

set命令

• set [key] [value]

set一个key的value值，这个值可以是任意字符串。例如：

set redis:demo helloRedis
> OK
get redis:demo
> "helloRedis"

• set [key] [value] [NX] [EX|PX]

set还可以指定另外两个参数 [NX] 表示 SET if Not eXists ， 指定这个参数就是告诉redis，如果key不存在才set。 [EX|PX] 这个参数表示超时时间，ex表示秒数，px表示毫秒数，一般redis通用的表示时间单位是 秒

set redis:demo:nxex helloRedis NX EX 20
> OK
set redis:demo:nxex hellostring NX EX 20
> (nil) // 设置失败

这里有一个值得注意的点是，set nx是跟普通的set互通的 ，什么意思呢？ 就是：

set redis:demo:nxex a
> OK
set redis:demo:nxex b NX EX 20
> (nil) // 普通的set在第二次设置nx的时候依然会设置失败
del redis:demo:nxex
> OK
set redis:demo:nxex a NX EX 20
> OK
set redis:demo:nxex b
> OK // 就算是nx设置的值，在普通set下依然会成功覆盖，并且丢失nx和ex的作用

• mset [key] [value] [key] [value] ...

批量设置key value，可以批量设置一堆key，并且它是原子的，也就是这些key要么全部成功，要么全部失败.

请注意,mset是不可以指定过期时间和nx的，如果你希望批量设置key并且有过期时间，那么你最好自己写lua脚本来解决

mset a 1 b 2 c 3 NX EX 20
> (error) ERR wrong number of arguments for MSET

• getset [key] [value]

set之前先get，返回set之前的值

set redis:getset:demo hello
> ok
getset redis:getset:demo world
> "hello"
get redis:getset:demo
> "world"

ps这个命令一般用来检查set之前的值是否正常 注意这个也不能加nx和ex等属性

get 命令

• get [key]

获取一个字符串类型的key的值，如果键 key 不存在， 那么返回特殊值 nil ； 否则， 返回键 key 的值。

set redis:get:demo hello
> ok
get redis:get:demo
> "hello"
del redis:get:demo
> (integer) 1
get redis:get:demo
> (nil)

• strlen [key]

获取key字符串的长度

set redis:get:demo hello
> ok
strlen redis:get:demo
>  (integer) 5

• mget [key] [key] ...

批量获取key的值，返回一个list结构

mset a 1 b 2
> ok
mget a b
>  (1) "1" (2) "2"

操作命令

• append [key] [value]

这个命令就是用来拼接字符串的

set redis:append:demo hello
> ok
append redis:append:demo world
>  (integer) 10 // 返回了append之后的字符串的总长度，也就是上面说的sds中的len字段，这时候这个key的free也已经被扩容
get redis:append:demo
> hello world

注意，当key不存在，append命令依然会成功，并且会当作key是一个字符串来拼接

integer

在redis中的integer类型是存储为字符串对象，通过编码的不同来表示不同的类型

set redis:int:demo 1
> OK
type redis:int:demo
> string // type依然是string
object encoding redis:int:demo
> "int" // 但是编码现在是int

这里也有一个注意的点，就是redis是不支持任意小数点的，例如你set a 0.5会被存储为embstr编码，这时候对它使用incr和decr会报错

• incr [key]

将key自增1

set redis:int:demo 1
> OK
incr redis:int:demo
> (integer) 2
set redis:int:demo 0.5
> OK
incr redis:int:demo
> (error) ERR value is not an integer or out of range

• decr [key]

将key自减1 是可以减到负数的

set redis:int:demo 1
> OK
decr redis:int:demo
> (integer) 0
decr redis:int:demo
> (integer) -1

• incrby [key] [integer]

将key自增指定的数字

set redis:int:demo 1
> OK
incrby redis:int:demo 2
> (integer) 3

• decrby [key] [integer]

将key自减指定的数字

set redis:int:demo 1
> OK
decrby redis:int:demo 2
> (integer) -1

有趣的实验

用decrby减去-1会是加法的效果吗？

set redis:int:demo 1
> OK
decrby redis:int:demo -2
> (integer) 3

答案是会增加。

hash

hash从源码上看，底层在redis中其实叫dict（字典）

看一个插入函数

dictEntry *dictAddRaw(dict *d, void *key, dictEntry **existing) // addraw
{
    long index;
    dictEntry *entry;
    dictht *ht;

    if (dictIsRehashing(d)) _dictRehashStep(d); // 判断是否正在rehash

    /* Get the index of the new element, or -1 if
     * the element already exists. */
    if ((index = _dictKeyIndex(d, key, dictHashKey(d,key), existing)) == -1) // 通过hash算法，得到key的hash值，如果是-1则返回null
        return NULL;

    /* Allocate the memory and store the new entry.
     * Insert the element in top, with the assumption that in a database
     * system it is more likely that recently added entries are accessed
     * more frequently. */
     // 判断是否正在rehash 将元素插入到顶部
    ht = dictIsRehashing(d) ? &d->ht[1] : &d->ht[0]; 
    entry = zmalloc(sizeof(*entry));
    entry->next = ht->table[index];
    ht->table[index] = entry;
    ht->used++;

    /* Set the hash entry fields. */
    dictSetKey(d, entry, key);
    return entry;
}

字典和hash表的实现都大同小异 可以看到基本上原理是使用hash算法加桶（table），通过拉链法解决hash冲突，当每个槽位的平均容积大于1:1触发rehash等操作。

set命令

• hset [key] [field] [value]

将哈希表 hash 中一个key的 field 的值设置为 value 。 如果给定的哈希表key并不存在， 那么一个新的哈希表key将被创建并执行 HSET 操作。 如果域 field 已经存在于哈希表中， 那么它的旧值将被新值 value 覆盖。

hset redis:hash:demo com redis
> (integer) 1
hset redis:hash:demo com java // 设置同样的field将更新field 但返回是0
> (integer) 0
hget redis:hash:demo com
> "java"

• hmset [key] [field] [value] ...

批量设置 hash 中一个key的field值为value 如果不存在，则新建再插入。

hmset redis:hash:demo com redis lan java
> OK // 这里就不再是返回integer了，而是返回了ok
hget redis:hash:demo com
> "redis"

• hsetnx [key] [field] [value]

这个命令与string中的nx参数是一样的行为，即只有当field不存在key上时，field的设置才生效，否则set失败 特别注意，这里第二次nx设置时返回的既不是null也不是报错，而是返回了0,这里比较坑一点，所以要在hash中使用hsetnx，你可以尝试使用lua脚本实现

hsetnx redis:hash:demo com redis
> (integer) 1
hsetnx redis:hash:demo com java
> (integer) 0 // 既不是null也不是报错
hget redis:hash:demo com
> "redis" // 第二次设置未生效

get命令

• hget [key] [field]

get一个key的field的值,key或field不存在时都返回为nil

hset redis:hash:demo com redis
> (integer) 1
hget redis:hash:demo com
> "redis"
hget redis:hash:demo empty
> (nil)

• hmget [key] [field1] [field2] ...

批量获取field的值，这个值返回的是一个list

hmset redis:hash:demo com redis lan java
> OK
hmget redis:hash:demo com lan
> 1) "redis"
> 2) "java"

• hlen [key]...

获取key中的field数量

hmset redis:hash:demo com redis lan java
> OK
hlen redis:hash:demo
> (integer) 2

• hkeys [key]

获取key中的所有field的key，返回的是一个list

hmset redis:hash:demo com redis lan java
> OK
hkeys redis:hash:demo
> 1) "com"
> 2) "lan"

• hvals [key]

获取key中的所有field的value，返回的是一个list

hmset redis:hash:demo com redis lan java
> OK
hvals redis:hash:demo
> 1) "redis"
> 2) "java"

• hgetall [key]

获取key中的所有的东西，返回的是一个list，按 field，value，field，value的顺序排列

hmset redis:hash:demo com redis lan java
> OK
hgetall redis:hash:demo
> 1) "com"
> 2) "redis"
> 3) "lan"
> 4) "java"

• hexists [key] [field]

判断key中的field是否存在, 返回integer，1表示存在 ，0 表示不存在

hmset redis:hash:demo com redis lan java
> OK
hexists redis:hash:demo com
> (integer) 1 // 1表示存在

操作命令

• hincrby [key] [field] [integer]

与string的incrby表现一致，将key中的field自增一个integer值, 字符和带小数点不可用

hset redis:hash:demo inta 1
> (integer) 1
hincrby redis:hash:demo inta 2
> (integer) 3
// 同样的，可以给定一个负数，这样就变成自减了
hincrby redis:hash:demo inta -2
> (integer) 1

list

基础命令

• lpush [key] [value1] [value2] ...

将多个value插入一个key，这里注意lpush和rpush的区别，lpush是从list的左边插入数据，rpush则是从右边。

rpush redis:list:demo 1 2 3
> (integer) 3
// 使用lrange查找
lrange redis:list:demo 0 -1
> 1) "3"
> 2) "2"
> 3) "1"   // 这里对应的值是从左往右插入的

• rpush [key] [value1] [value2] ...

将多个value插入一个key，这里注意lpush和rpush的区别，lpush是从list的左边插入数据，rpush则是从右边。

lpush redis:list:demo 1 2 3
> (integer) 3
// 使用lrange查找
lrange redis:list:demo 0 -1
> 1) "1"
> 2) "2"
> 3) "3"   // 这里对应的值是从右往左插入的

注意lpush和rpush都是在key不存在的时候，自动创建一个类型list的key，而当这个key已存在但类型不是list时，命令报错

del redis:list:demo // 删掉确保不存在
> (integer) n
type redis:list:demo
> none
lpush redis:list:demo 1 2 3
> (integer) 3
type redis:list:demo
> list // 自动创建了key并且类型是list
set redis:string:demo hello
> OK
lpush redis:string:demo 1 2 3
> (error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value // key已经存在了但不是list类型

• lrange [key] [start] [end]

读取一个list，从start下标开始end下标结束，end可以设置为负数

lpush redis:list:demo 1 2 3
> (integer) 3
lrange redis:list:demo 0 1
> 1) 3
> 2) 2
lrange redis:list:demo 0 -1
> 1) "3"
> 2) "2"
> 3) "1"
lrange redis:list:demo 0 -2
> 1) "3"
> 2) "2"

• lpushx [key] [value]

将单个value插入一个类型为list且必须存在的key 如果key不存在，返回0，并不会报错，lpushx是从list的左边插入数据，rpushx则是从右边。

lpushx redis:list:demo 4
> (integer) 4
lpushx empty:key 1
> (integer) 0

• rpushx [key] [value]

将单个value插入一个类型为list且必须存在的key 如果key不存在，返回0，并不会报错，lpushx是从list的左边插入数据，rpushx则是从右边。

rpushx redis:list:demo 5
> (integer) 5
rpushx empty:key 1
> (integer) 0

• rpoplpush [source list] [destination list]

rpoplpush一个命令同时有两个动作，而且是原子操作，有两个参数

1. 将列表 source 中的最后一个元素(最右边的元素)弹出，并返回给客户端。
2. 将 source 弹出的元素插入到列表 destination ，作为 destination 列表的的头元素（也就是最左边的元素）

简单来说就是从list:a取出一个元素丢到list:b

例如 list:a = 1 2 3 list:b = 4 5 6

执行rpoplpush a b 之后:

list:a = 1 2 list:b = 3 4 5 6

返回客户端被操作的数 3

rpush list:a 1 2 3
> (integer) 3
rpush list:b 4 5 6
> (integer) 3
rpoplpush list:a list:b
> "3" // 返回客户端被操作的数
// 查看执行后的情况
lrange list:a 0 -1
> 1) "1"
> 2) "2"
lrange list:b 0 -1
> 1) "3"
> 2) "4"
> 3) "5"
> 4) "6"

• lindex [key] [index]

这个命令简单实用，获取key的index下标的元素，不存在返回nil

lindex redis:list:demo 0
> "4"
lindex redis:list:demo 999
> (nil)

• lset [key] [index] [value]

直接设置key的index的value

lset redis:list:demo 0 5
> OK
lindex redis:list:demo 0
> "5"

队列和栈

因为list提供的命令的便利性和多样性，可以实现很多种数据结构，用的最多的就是队列和栈两个地方了，通过不同的方法分支成各种不同类型的队列，例如双端队列，优先级队列等。

• lpop [key] [timeout]

移除并返回列表 key 的左边第一个元素，当 key 不存在时，返回 nil。

del redis:list:demo
> (integer) n
lpush redis:list:demo 1 2 3
> (integer) 3
lpop redis:list:demo
> "3" // 从左边取出的数
lrange redis:list:demo 0 -1
> 1) "2" // 删掉了最左边的3
> 2) "1"

• rpop [key][timeout]

移除并返回列表 key 的右边第一个元素，当 key 不存在时，返回 nil。

del redis:list:demo
> (integer) n
lpush redis:list:demo 1 2 3
> (integer) 3
rpop redis:list:demo
> "1" // 从右边取出的数
lrange redis:list:demo 0 -1
> 1) "3" // 删掉了最右边的1
> 2) "2"

• blpop [key] [key ...] [timeout]

阻塞式的lpop，它可以设置多个key和一个timeout，将在这多个key里面选择一个列表不为空的key，lpop一个值出来，timeout可以指定一个超时时间，超过将会断开链接。

什么是阻塞式呢？

就是说这个操作是需要等待的，可以理解为下面的伪代码：

while ((n = list.lpop()) != null) {
    return n;
}

就是说如果list的lpop取出不为null时就立刻返回，否则就一直循环了。

如果timeout指定为0则表示没有超时时间，一直等待

下面的示例请打开两个终端窗口

// terminal a
lpush redis:list:demo 1 2 3
> (integer) 3
blpop redis:list:demo 0 // 0 表示一直等待
> "3"
blpop redis:list:demo 0 // 0 表示一直等待
> "2"
blpop redis:list:demo 0 // 0 表示一直等待
> "1"
lrange redis:list:demo 0 -1
> (nil) // 此时list已经空了
blpop redis:list:demo 0 // 会一直等待list有新的命令插入

// 等待terminal b

> 1) "redis:list:demo" 等待后返回的结果
> 2) "4"
> (18.83s)
// terminal b
lpush redis:list:demo 4
> (integer) 1 // terminal a 会获取到这个4

可以看到最后一步，当terminal a 最终等到terminal b，push了一个值之后，返回的数据与正常pop的数据不一样

• brpop [key] [key ...] [timeout]

参考blpop。基本行为一致，只是brpop是从list的右侧pop，而blpop是左侧

• brpoplpush [source list] [destination list] [timeout]

brpoplpush 是 rpoplpush的阻塞版本，你可以直接参考上面rpoplpush命令的解释，只是rpop变成了brpop，多了等待这一步。

分割

• ltrim [key] [start] [end]

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。

注意，这里不要搞反了，是将start和end中间的保留，删除其余的

del redis:demo:list
> (integer) n
lpush redis:demo:list 1 2 3 4
> (integer) 4
ltrim redis:demo:list 1 2 // 只需要1到2
> OK
lrange redis:demo:list 0 -1
> 1) "3"
> 2) "2"

• lrem [key] [count] [value]

移除count个与value相等的元素。

del redis:demo:list
> (integer) n
lpush redis:demo:list 1 2 2 3 4
> (integer) 5
lrem redis:demo:list 1 2 // 移除1个2
> OK
lrange redis:demo:list 0 -1
> 1) "4"
> 2) "3"
> 3) "2"
> 4) "1"

tips，使用这个命令，你可以配合lua脚本做一个不重复的list, 就是每次在push一个value之前先lrem一下这个value

del redis:demo:list
> (integer) n
lrem redis:demo:list 1 a // 先检查删除
> (integer) 0
lpush redis:demo:list a // 再push
> (integer) 1

 ...持续更新

github： https://github.com/294678380/redis-lerning

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