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简介

​ Redis（Remote Dictionary Server )，即远程字典服务，是一个开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。从2010年3月15日起，Redis的开发工作由VMware主持。从2013年5月开始，Redis的开发由Pivotal赞助。（百度百科）

基础知识

  • Redis 是一个开源（BSD许可）的，内存中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默认16个数据库，类似数组下表从零开始，默认数据库为0，可以使用SELECT id 命令切换指定数据库。
  • Redis索引都是从零开始
  • 统一密码管理，16个库都是同样密码，要么都OK要么一个也连接不上
  • redis6.0前是单线程的，6.0后支持多线程，默认单线程

redis使用单线程原因

  1. 官方FAQ表示，因为Redis是基于内存的操作，CPU不是Redis的瓶颈，Redis的瓶颈最有可能是机器内存的大小或者网络带宽。既然单线程容易实现，而且CPU不会成为瓶颈，那就顺理成章地采用单线程的方案了。
  2. 采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU。
  3. 不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗

Redis的高并发和快速原因

  1. redis是基于内存的，内存的读写速度比硬盘快得多；（CPU高速缓存>内存>外存（硬盘、光盘、U盘等））
  2. redis是单线程的，省去了很多CPU上下文切换线程的时间；(CPU上下文切换是很耗内存的)
  3. redis使用多路复用技术，可以处理并发的连接。非阻塞IO 内部实现采用epoll（Epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的epoll，是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。）和自己实现的简单的事件框架。epoll中的读、写、关闭、连接都转化成了事件，然后利用epoll的多路复用特性，绝不在io上浪费一点时间。“多路”指的是多个socket连接，“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求（尽量减少网络IO的时间消耗），且Redis在内存中操作数据的速度非常快（内存内的操作不会成为这里的性能瓶颈），主要以上两点造就了Redis具有很高的吞吐量。

常用命令

  • keys * ：查看所有key（*匹配所有字符，？匹配单个字符,如 keys ?ist可匹配 list，aist，bist……）
  • info 查看redis详细信息，key数量也在里面
  • set key value：存入键值对
  • get key：获取key对应值
  • DBSIZE：查看当前基本数据库大小（当前数据库的key的数量）。
  • Flushdb：清空当前库 | Flushall：通杀全部库
  • exists key : 判断key是否存在（存在返回1，不存在返回2）
  • del key：删除key
  • rename key newname：重命名key
  • move key db_id ：将当前数据库的 key 移动到给定的数据库 db 当中。
  • type key ：查看当前key存储类型
  • expire key second(秒) 设置超时时间（即几秒后过期）
  • ttl key 查看key剩余时间（-1表示永久有效，-2表示当前key不存在）
  • persist key 移除过期时间，让key永久有效
  • set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX] (EX 200：200秒后过期，NX：key不存在才操作，XX： key已存在才操作)
  • shutdown：关闭redis

设置修改密码

1.客户端连接修改

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##到安装目录下打开命令行
#wingdow下客户端连接 redis-cli.exe -h {ip} -p {端口} [-a {密码}]
#Linux下客户端连接 ./redis-cli -h {ip} -p {端口} [-a {密码}]

##查看密码（默认为空）
127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass
1) "requirepass"
2) ""  //默认空
127.0.0.1:6379>

#设置密码 config set requirepass 123456
127.0.0.1:6379> config set requirepass 123456
OK
127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass //密码设置后必须先验证通过密码，否则所有命令都不可用
(error) NOAUTH Authentication required.

#验证密码 auth {密码}
127.0.0.1:6379> auth 123456
OK
127.0.0.1:6379> CONFIG GET requirepass
1) "requirepass"
2) "123456"
127.0.0.1:6379>

2.修改配置文件

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#找到redis.conf配置文件中的requirepass
#requirepass foobared
#去掉注释配置自己密码
requirepass {密码}
保存后重启

五大基本类型

字符串(String)

​ String是redis最基本的类型，你可以理解成与Memcached一模一样的类型，一个key对应一个value。string类型是二进制安全的。意思是redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象 。

​ 底层没有直接使用C字符串(即以空字符’\0’结尾的字符数组)作为默认的字符串表示，而是使用了SDS(简单动态字符串/Simple Dynamic String)

string类型是Redis最基本的数据类型，一个redis中字符串value最多可以是512M

补：String内部编码有三种方式，可使用object encoding key 查看。

  1. int ： 长度小于20且保存的是64位有符号整型类型。
  2. embstr：长度小于等于44，对于嵌入式的String，从内存结构上说，就是字符串sds结构体与其对应的redisObject对象分配在同一块连续的内存空间，只需一次内存分配。
  3. raw：长度大于44，redisObject内存不在连续，采用指针的形式，实现连接。需要分配两次内存空间（分别为redisObject和sds分配空间）。

注：Redis中每个对象都是由redisObject表示的

image-20210406141632606

常用操作：

  1. append key value ：往字符串后面追加字符串（若key不存在，则新建key，相当于set key value）

  2. strlen key ：返回字符串长度

  3. incr key： 自增1

  4. decr key：自减1

  5. incrby key num：自增num

  6. decrby key num：自减num

  7. getrange key start end ：截取字符串[start,end] [0,-1]表示全部

  8. setrange key start str ：用str替换指定位置开始的字符串

  9. setex key seconds value：保存key-value并设置过期时间（set with expire）

  10. setnx key value：不存在则设置（set if not exist），成功返回1，若已存在，则创建失败，返回-1

  11. mset k1 v1 k2 v2 k3 v3：同时设置多个值

  12. mget k1 k2 k3： 同时获取多个值

  13. getset key value：先get后set，如果不存在则返回null，如果存在，则返回旧值，再设置新值

深入理解String

SDS组成结构
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struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; /* used */
    uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
    uint16_t len; /* used */
    uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
    uint32_t len; /* used */
    uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
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：SDS字符串已使用的空间。
  • alloc：申请的空间，减去len就是未使用的空间，初始时和len一致。
  • flag：只使用了低三位表示类型，细化了SDS的分类，根据字符串的长度的不同选择不同的sds结构体，而结构体的主要区别是len和alloc的类型，这样做可以节省一部分空间大小。
  • buf: 用了C的特性表示不定长字符串。

列表（List)

​ 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素导列表的头部（左边）或者尾部（右边）。它的底层是压缩列表（ziplist）或双端链表（linkedlist）（Redis3.2后改为快表quicklist，前两个的结合，实际上是个双端链表，链节点上存着压缩列表的引用指针）。

常用操作

  1. LPUSH list value1 value2 value3 …… ：将一个或多个值插入列表头部（左部）

  2. LRANGE list start end ：[start,end]通过区间获取列表具体值,[0,-1]获取list全部

  3. RPUSH list value1 value2 value3 …… ：将一个或多个值插入列表尾部（右部）

  4. LPOP list ：移除列表的第一个元素

  5. RPOP list：移除列表的最后一个值

  6. Lindex list index ：通过下标获取 元素

  7. Llen list：返回列表长度

  8. Lrem lsit count value：移除list中count个value

  9. ltrim list start end：通过下标截取list，原list已经被改变

  10. rpoplpush sourceList newList：移除sourceList列表的最后一个元素，将他移动到newList列表中

  11. lset list index newvalue： 替换将列表指定下标值（list或index不存在则报错）

  12. linsert list value before|after newValue：将某一个具体的newValue插入到第一个value前面|后面

集合(Set)

Set是string类型的无序集合，不可重复。它是通过整数集合（intset）【当集合中的元素都是整数，且元素个数小于set-max-intset-entries配置值（默认512个）】或哈希表（hashtable）实现的。

常用操作
  1. sadd set value1 value2 value3 ……：往set集合添加元素
  2. smembers set：查看set元素
  3. sismembers set value：是否存在指定元素（存在返回1，不存在返回0）
  4. scard set：查看set集合元素数
  5. srem set value ：移除set集合指定元素
  6. srandmember set （count）：随机抽取num个元素（count不写默认一个）
  7. spop set （count）：随机移除count个元素
  8. smove set1 set2 value：将set1中value移动到set2中
  9. sdiff set1 set2：set1与set2取差集，返回set1中存在，set2不存在的元素集合
  10. sinter set1 set2 ：取交集
  11. sunion set1 set2：取并集

哈希(Hash)

hash 是一个键值对集合,是一个string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象。类似Java里面的Map<String,Object>。底层是压缩列表（ziplist）或哈希表（hashtable）实现。

常用操作
  1. hset hash key value ：存入hash一个 key-value键值对
  2. hget hash key：获取hash中key的值
  3. hmset hash key1 value1 key2 value2 ……：存入hash多个键值对
  4. hmget hash key1 key2 ……：获取hash多个key字段的值
  5. hgetall hash ：获取全部key-value内容
  6. hdel hash key ：删除hash中指定key字段
  7. hlen hash ：返回hash长度
  8. hexists hash key：判断hash中key字段是否存在
  9. hkeys hash：返回所有key字段
  10. hvals hash：放回所有value
  11. hincrby hash key num：指定key增量num
  12. hsetnx hash key value：不存在则存入

有序集合(Zset)

zset 和 set 一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员。不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。底层使用压缩列表（ziplist）或跳跃表（skiplist）实现。
redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。zset的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。

常用操作

  1. ZADD key score1 member1 [score2 member2]：向有序集合添加一个或多个成员，或者更新已存在成员的分数.

  2. ZCARD key 获取有序集合的成员数.

  3. ZCOUNT key min max 计算在有序集合中指定区间分数[min,max]的成员数。

  4. ZINCRBY key increment member:有序集合中对指定成员的分数加上增量 increment。

  5. ZINTERSTORE newkey num key …:计算给定的一个或多(num)个有序集key的交集并将结果集存储在新的有序集合 newkey 中。

  6. ZLEXCOUNT key min max:在有序集合中计算指定字典区间内成员数量。

    min max: { - [a =(-∞，a]; - (a=(-∞，a)；[a [b=[a,b];- +=(-∞,+∞)

  7. ZRANGE key start stop [WITHSCORES] 通过索引区间返回有序集合指定区间内的成员。-inf +inf = -∞ +∞

  8. ZRANGEBYLEX key min max [LIMIT offset count] 通过字典区间返回有序集合的成员。

  9. ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT] 通过分数返回有序集合指定区间内的成员。

  10. ZRANK key member 返回有序集合中指定成员的索引。

  11. ZREM key member [member …] 移除有序集合中的一个或多个成员。

  12. ZREMRANGEBYLEX key min max :移除有序集合中给定的字典区间的所有成员。

  13. ZREMRANGEBYRANK key start stop:移除有序集合中给定的排名区间的所有成员。

  14. ZREMRANGEBYSCORE key min max移除有序集合中给定的分数区间的所有成员。

  15. ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]返回有序集中指定区间内的成员，通过索引，分数从高到低。

  16. ZREVRANGEBYSCORE key max min [WITHSCORES]返回有序集中指定分数区间内的成员，分数从高到低排序。

  17. ZREVRANK key member返回有序集合中指定成员的排名，有序集成员按分数值递减(从大到小)排序。

  18. ZSCORE key member返回有序集中，成员的分数值。

  19. ZUNIONSTORE destination numkeys key [key …]计算给定的一个或多个有序集的并集，并存储在新的 key 中。

  20. ZSCAN key cursor [MATCH pattern] [COUNT count] 迭代有序集合中的元素（包括元素成员和元素分值）。

注

​ 集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)，其实不太准确。

​ 其实在redis sorted sets里面当items内容大于64的时候同时使用了hash和skiplist两种设计实现。这也会为了排序和查找性能做的优化。所以如上可知：

  • 添加和删除都需要修改skiplist，所以复杂度为O(log(n))。
  • 但是如果仅仅是查找元素的话可以直接使用hash，其复杂度为O(1)
  • 其他的range操作复杂度一般为O(log(n))
  • 当然如果是小于64的时候，因为是采用了ziplist的设计，其时间复杂度为O(n)

五大基本类型底层实现

Snipaste_2021-03-25_00-12-59

hashtable结构图

hashtable结构图

特殊类型

地理空间（geospatial ）

​ Redis的Geo，3.2版本推出，可以推算地理位置的信息，两地之间的距离

​ 城市经纬度查询：http://www.jsons.cn/lngcode/

六大操作

geoadd key 经度 维度 坐标名：添加地理位置（两级无法直接添加，可一次添加多个）， 先经度后维度（官方文档疑似写错了）

例：geoadd china:city 116.405285 39.904989 beijing 121.4 31.2 shanghai ……

​ key 经度 维度 地理名称

geopos key name1 name2……：获取key中name的地理位置

例：GEOPOS china:city beijing shanghai shenzhen xianggang

georadius key 经度 维度 距离： 以给定的经纬度为中心，找出某一半径内所有的元素

例：GEORADIUS china:city 110 30 1000 km [withcoord] [withdist]

GEORADIUSBYMEMBER key 坐标名（元素名） 距离 ：根据给定的元素确定中心点，再进行查找

例：GEORADIUSBYMEMBER china:city beijing 1000 km [withcoord] [withdist]

GEODIST key name1 name2 [单位] ：返回指定单位中两个指定成员之间的距离。如果缺少一个或两个成员，该命令将返回NULL。

例：GEODIST china:city beijing xianggang km

GEOHASH key name1 name2……：该命令返回11个字符的Geohash字符串，因此与Redis内部52位表示形式相比，不会损失任何精度。该命令返回一个数组，其中每个元素是与作为参数传递给命令的每个成员名称相对应的Geohash。

返回的Geohashhes具有以下属性：

  1. 以从右侧删除字符来缩短它们。它将失去精度，但仍将指向同一区域。
  2. 可以在geohash.orgURL中使用它们，例如http://geohash.org/<geohash-string>。这是此类URL的示例。
  3. 前缀相似的字符串在附近，但事实并非如此，前缀不同的字符串也可能在附近。

geo底层实现原理其实是zset，我们可以使用zset命令操作他

zrange key 0 -1：查看地图key中的所有元素

zrem key member：删除key中指定元素

Hyperloglog

简介：Hyperloglog 可用于基数统计（基数：在数学上，是集合论中刻画任意集合集大小的一个概念。即一个集合中不重复的元素数。）

redis2.8.9后更新了hyperloglog数据结构

示例：网页UV

uv（Unique Visitor）:网站的独立访客，统计1天内访问某站点的用户数(以cookie为依据);访问网站的一台电脑客户端为一个访客。可以理解成访问某网站的电脑的数量。

访问用户量大的情况下，若用传统的set集合统计将耗费大量内存。使用hyperloglog基数统计占用内存固定，2^64不同的元素，只需要废12kb内存。（官网统计hyperloglog有0.81%的错误率，但在统计UV任务上，我们可以忽略不计）

操作

PFADD keyset value1 value2 value3……往集合keyset中添加元素

PFCOUNT keyset：统计集合keyset的基数

PFMERGE newset keyset1 ketset2：将集合keyset1和keyset2的元素合并（并集）到newset中

Bitmap（位存储）

简介： Biymaps位图，该数据结构都是操作二进制位来记录数据的，就只有0和1两个状态。（适用于只有两个状态的数据）

操作

setbit sign index value：往sign的index（从0开始）位置上存value（0或1）

getbit sign index ：获取sign中index位上的值（默认0）

bitcount sign：统计sgin中为1的数量

注：bitcount sign start end 获取sgin中第start字节到end字节的1的数量

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127.0.0.1:6379> set k bb
OK
# b的二进制表示0110 0010第7位（从0开始）改为1即为c
127.0.0.1:6379> setbit k 7 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> get k
"cb"
127.0.0.1:6379> setbit k 7 0
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get k
"bb"
127.0.0.1:6379> bitcount k 0 0
(integer) 3
127.0.0.1:6379> bitcount k 0 1
(integer) 6
127.0.0.1:6379> bitcount k 0 3
(integer) 6
127.0.0.1:6379>

END