Redis使用介绍

写于2014年7月，redis2.8

Redis简介

• Redis是什么？

  Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写，支持网络，基于内存亦可持久化，分布式的key-value数据库，并提供多种语言的API 。特点是高性能，持久存储，适应高并发的应用场景。目前已被许多公司采用，稍大点的互联网公司几乎都用了，比如：Github、新浪微博、京东等等。

Redis特性

• 速度快

  Redis使用标准C编写实现，而且将所有数据加载到内存中，所以速度非常快。官方提供的数据表明，在一个普通的Linux机器上，Redis读写速度分别达到81000/s和110000/s。

• 持久化

  通常，Redis将数据存储于内存中。通过两种方式可以实现数据持久化：使用截图的方式，将内存中的数据不断写入磁盘；或使用类似MySQL的日志方式，记录每次更新的日志。前者性能较高，但是可能会引起一定程度的数据丢失；后者相反。

• 数据结构

  可以将Redis看做“数据结构服务器”。目前，Redis支持5种数据结构。

• 自动操作

  Redis对不同数据类型的操作是自动的，因此设置或增加key值，从一个集合中增加或删除一个元素都能安全的操作。

• 提供API的语言

  Redis支持多种语言，诸如C、C++、C#、Ruby、 Python、 PHP、 Erlang、 Tcl、 Perl、 Lua、 Java、 Scala、 Clojure、Go等等。

• 主-从复制

  Redis支持简单而快速的主-从复制。官方提供了一个数据，Slave在21秒即完成了对Amazon网站10G key set的复制。

• 集群

  从3.0版本开始支持集群，可以实现多主、多从。目前处于beta阶段，还没有客户端支持此功能。

Redis数据类型

Redis并不是简单的key-value存储，实际上它是一个数据结构服务器，支持不同类型的值。也就是说，你不必仅仅把字符串当作键所指向的值。下列这些数据类型都可作为值类型，常用的有5种。

string(字符串)
list(双向链表)
set(无序集合)
zset(有序集合)
hash(hash表)

• Redis 键（key）

  可以用任何二进制序列作为key值，从形如”foo”的简单字符串到一个JPEG文件的内容都可以。空字符串也是有效key值。

• 关于key的几条规则：
  不用太长的键值。例如1024字节的键值就不好，不仅因为消耗内存，而且在数据中查找这类键值的计算成本很高。
  太短的键值通常也不是好主意，如果你要用“u:1000:pwd”来代替“user:1000:password”，这没有什么问题，但后者更易阅读，并且由此增加的空间消耗相对于key object和value object本身来说很小。当然，短的键值会节省一点儿空间。
  最好坚持一种模式。例如：“object-type:id:field”就是个不错的注意，像这样“user:1000:password”。

• Redis key 相关命令

  • exits key 测试指定key是否存在，返回1表示存在，0不存在

  • del key1 key2 ….keyN 删除给定key,返回删除key的数目，0表示给定key都不存在

  • type key 返回给定key的value值类型。返回 none 表示不存在key，string字符类型，list 链表类型 set无序集合类型…

  • keys pattern 返回匹配指定模式的所有key

  • randomkey 返回从当前数据库中随机选择的一个key,如果数据库是空的，返回空串

  • rename oldkey newkey 原子的重命名一个key,如果newkey存在，将会被覆盖，返回1表示成功，0失败。可能是oldkey不存在或者和newkey相同

  • dbsize 返回当前数据库的key数量

  • expire key seconds 为key指定过期时间，单位是秒。返回1成功，0表示key已经设置过过期时间或者不存在

  • select db-index 通过索引选择数据库，默认连接的数据库所有是0,默认数据库数是16个。返回1表示成功，0失败

  • move key db-index 将key从当前数据库移动到指定数据库。返回1成功。0 如果key不存在，或者已经在指定数据库中

  • flushdb 删除当前数据库中所有key,此方法不会失败。慎用

  • flushall 删除所有数据库中的所有key，此方法不会失败。更加慎用

• string类型

  • 特点：

    string是redis最基本的类型，而且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jpeg图片或者序列化的对象。
    从内部实现来看其实string可以看作byte数组，最大上限是1G字节。
    string类型的值也可视为integer，从而可以让“incr”命令族操作。
    在list、set和zset中包含的独立的元素类型都是string类型。

  • 应用场景：
    String是最常用的一种数据类型,普通的key/value存储。如果你只用这种类型，Redis就像一个可以持久化的memcached服务器。当然redis对string类型的操作比memcached多很多啊。

  • string数据类型常用命令

    • set key value 设置key对应的值为string类型的value,返回1表示成功，0失败

    • setnx key value 同上，如果key已经存在，返回0 。nx 是not exist的意思

    • get key 获取key对应的string值,如果key不存在返回nil

    • getset key value 原子的设置key的值，并返回key的旧值。如果key不存在返回nil

    • mget key1 key2 … keyN 一次获取多个key的值，如果对应key不存在，则对应返回nil。

    • mset key1 value1 … keyN valueN 一次设置多个key的值，成功返回1表示所有的值都设置了，失败返回0表示没有任何值被设置

    • msetnx key1 value1 … keyN valueN 同上，但是不会覆盖已经存在的key

    • incr key
      对key的值做加加操作,并返回新的值。注意incr一个不是int的value会返回错误，incr一个不存在的key，则设置key为1

    • decr key 同上，但是做的是减减操作，decr一个不存在key，则设置key为-1

    • incrby key integer 同incr，加指定值 ，key不存在时候会设置key，并认为原来的value是 0

    • decrby key integer 同decr，减指定值。decrby完全是为了可读性，我们完全可以通过incrby一个负值来实现同样效果，反之一样。

    • append key value 给指定key的字符串值追加value,返回新字符串值的长度。

• List类型

  • 特点：

    redis的list类型其实就是一个每个子元素都是string类型的双向链表。这意味着即使在一个list中有数百万个元素，在头部或尾部添加一个元素的操作，其时间复杂度也是常数级别的。可以通过push,pop操作从链表的头部或者尾部添加删除元素。这使得list既可以用作栈，也可以用作队列list的最大长度是2^32-1个元素

  • 应用场景

    Redis list应用场景非常多,也是Redis最重要的数据结构之一,比如微博的关注列表，粉丝列表等都可以用Redis的list结构来实现；博客实现中，可为每篇日志设置一个list，在该list中推入进博客评论；也可以使用redis list实现消息队列。

  • List数据类型常用命令

    • lpush key string 在key对应list的头部添加字符串元素，返回1表示成功，0表示key存在且不是list类型

    • rpush key string 同上，在尾部添加

    • llen key 返回key对应list的长度，key不存在返回0,如果key对应类型不是list返回错误

    • lrange key start end 返回指定区间内的元素，下标从0开始，负值表示从后面计算，-1表示倒数第一个元素 ，key不存在返回空列表

    • ltrim key start end 截取list，保留指定区间内元素，成功返回1，key不存在返回错误

    • lset key index value 设置list中指定下标的元素值，成功返回1，key或者下标不存在返回错误

    • lrem key count value 从key对应list中删除count个和value相同的元素。count为0时候删除全部

    • lpop key 从list的头部删除元素，并返回删除元素。如果key对应list不存在或者是空返回nil，如果key对应值不是list返回错误

    • rpop 同上，但是从尾部删除

    • blpop key1…keyN timeout 从左到右扫描返回对第一个非空list进行lpop操作并返回，比如blpop list1 list2 list3 0,如果list不存在list2,list3都是非空则对list2做lpop并返回从list2中删除的元素。如果所有的list都是空或不存在，则会阻塞timeout秒，timeout为0表示一直阻塞。当阻塞时，如果有client对key1…keyN中的任意key进行push操作，则第一在这个key上被阻塞的client会立即返回。如果超时发生，则返回nil。有点像unix的select或者poll

    • brpop 同blpop，一个是从头部删除一个是从尾部删除

    • rpoplpush srckey destkey 从srckey对应list的尾部移除元素并添加到destkey对应list的头部,最后返回被移除的元素值，整个操作是原子的.如果srckey是空或者不存在返回nil

• Set 类型

  • 特点
    set就是redis string的无序集合，不允许有重复元素
    set的最大元素数是2^32-1
    对set的操作还有交集、并集、差集等

  • 应用场景

    Set对外提供的功能与list类似，当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set 是一个很好的选择，并且set提供了判断某个成员是否在一个set集合内的接口，这个也是list所不能提供的。可以用Redis set结构实现SNS中的好友推荐和blog的tag功能。

  • Set 类型常用命令

    • sadd key member 添加一个string元素到,key对应的set集合中，成功返回1,如果元素以及在集合中返回0,key对应的set不存在返回错误

    • srem key member
      从key对应set中移除给定元素，成功返回1，如果member在集合中不存在或者key不存在返回0，如果key对应的不是set类型的值返回错误

    • spop key 删除并返回key对应set中随机的一个元素, set是空或者key不存在返回nil

    • srandmember key 同spop，随机取set中的一个元素，但是不删除元素

    • smove srckey dstkey member
      从srckey对应set中移除member并添加到dstkey对应set中，整个操作是原子的。

    • scard key 返回set的元素个数，如果set是空或者key不存在返回0

    • sismember key member 判断member是否在set中，存在返回1

    • sinter key1 key2…keyN 返回所有给定key的交集

    • sinterstore dstkey key1…keyN 同sinter，但是会同时将交集存到dstkey下

    • sunion key1 key2…keyN 返回所有给定key的并集

    • sunionstore dstkey key1…keyN 同sunion，并同时保存并集到dstkey下

    • sdiff key1 key2…keyN 返回key1与所有key的不同元素

    • sdiffstore dstkey key1…keyN 同sdiff，并同时保存差集到dstkey下

    • smembers key 返回key对应set的所有元素，结果是无序的

• Sorted set 类型

  • 特点

    Sorted set也是string类型元素的集合，不同的是每个元素都会关联一个double类型的score。有序集合是通过一个dual-ported 数据结构实现的，它包含一个精简的有序列表和一个hash table，因此添加一个元素的时间复杂度是O(log(N))
    Sorted set的最大元素数是2^32-1
    对于已经有序的zset，仍然可以使用sort命令，通过指定asc|desc参数对其进行排序（但这次服务器要耗费CPU了）

  • 应用场景
    当你需要一个有序的并且不重复的集合列表,那么可以选择sorted set数据结构；使用sorted set甚至可以构建有优先级的队列系统；排行榜应用，取TOP N操作。

  • Sorted set 类型常用命令

    • zadd key score member 添加元素到集合，元素在集合中存在则更新对应score

    • zrem key member 删除指定元素，1表示成功，如果元素不存在返回0

    • zincrby key incr member 增加对应member的score值，然后移动元素并保持skip
      list保持有序。返回更新后的score值

    • zrank key member 返回指定元素在集合中的排名（下标）,集合中元素是按score从小到大排序的

    • zrevrank key member 同上,但是集合中元素是按score从大到小排序

    • zrange key start end 从集合中去指定区间的元素。返回的是有序结果

    • zrevrange key start end 同上，返回结果是按score逆序的

    • zrangebyscore key min max 返回集合中score在给定区间的元素

    • zcount key min max 返回集合中score在给定区间的数量

    • zcard key 返回集合中元素个数

    • zscore key element 返回给定元素对应的score

    • zremrangebyrank key min max 删除集合中排名在给定区间的元素

    • zremrangebyscore key min max 删除集合中score在给定区间的元素

• Hash 类型

  • 特点
    redis hash是一个string类型的field和value的映射表。它的添加，删除操作都是O(1) 。hash特别适合用于存储对象。
    将一个对象存储在hash类型中会占用更少的内存，并且可以更方便的存取整个对象。
    在Hash中可以只保存有限的几个“域”，而不是将所有的“域”作为key，这可以节省内存

  • 应用场景

    比如，我们存储供应商酒店价格的时候可以采取此结构，用酒店编码作为Key，RatePlan+RoomType作为Filed,价格信息作为Value。

  • Hash类型常用命令

    • hset key field value 设置hash field为指定值，如果key不存在，则先创建

    • hget key field 获取指定的hash field

    • hmget key filed1….fieldN 获取全部指定的hash filed

    • hmset key filed1 value1 … filedN valueN 同时设置hash的多个field

    • hincrby key field integer 将指定的hash filed 加上给定值

    • hexists key field 测试指定field是否存在

    • hdel key field 删除指定的hash field

    • hlen key 返回指定hash的field数量

    • hkeys key 返回hash的所有field

    • hvals key 返回hash的所有value

    • hgetall 返回hash的所有filed和value

• Redis排序

  • Redis支持对list，set和sorted set元素的排序。排序命令是sort。

  • 命令格式如下

    SORT key [BY pattern] [LIMIT start count] [GET pattern] [ASC|DESC] [ALPHA] [STORE dstkey]
    例如：
    

Redis客户端

Hiredis is the official C client. Support for the whole command set, pipelining, event driven programming.
其他各语言、各种客户端由不同的人或者组织参考官方客户端实现了部分或者全部功能，又根据语言特性增加了新的功能，使用时需要精心选择。如Go语言就有如下客户端

• Go gosexy/redis客户端示例
• 

实例

普通版解码过程中，需要查询或者插入数据库信息，大量并发查询导致查询数据库慢，而且严重影响数据库在其他方面的响应时间。普通版的LOG将会很多，可能达到日增量千万LOG以上，对数据库的查询将会达到数亿以上。
为减少解码的复杂度，对redis进行了封装，只需要调用相应的API即可。下面的测试结果是只选了其中的一种查询进行测试。测试的查询相当于数据库里的查询：select t.cnname,t.code_id from data_type_def t where t.group_name=’USER_EVENT’ and t.enname=’app_call_connect_success’;

Redis Vs memcached

下面的内容是来自Redis作者在stackoverflow上的一个回答，对应的问题是《Is memcached a dinosaur in comparison to Redis?》
没有必要过于关注性能，因为二者的性能都已经足够高了。由于Redis只使用单核，而Memcached可以使用多核，所以二者比较起来，平均每一个核上，Redis在存储小数据时比Memcached性能更高。而在100k以上的数据中，Memcached性能要高于Redis。虽然Redis最近也在存储大数据的性能上进行优化，但是比起Memcached，还是稍有逊色。说了这么多，结论是，无论你使用哪一个，每秒处理请求的次数都不会成为瓶颈。
在内存使用效率上，如果使用简单的key-value存储，Memcached的内存利用率更高。而如果Redis采用hash结构来做key-value存储，由于其组合式的压缩，其内存利用率会高于Memcached。当然，这和你的应用场景和数据特性有关。
如果你对数据持久化和数据同步有所要求，那么推荐你选择Redis。因为这两个特性Memcached都不具备。即使你只是希望在升级或者重启系统后缓存数据不会丢失，选择Redis也是明智的。
当然，最后还得说到你的具体应用需求。Redis相比Memcached来说，拥有更多的数据结构，并支持更丰富的数据操作。通常在Memcached里，你需要将数据拿到客户端来进行类似的修改再set回去。这大大增加了网络IO的次数和数据体积。在Redis中，这些复杂的操作通常和一般的GET/SET一样高效。所以，如果你需要缓存能够支持更复杂的结构和操作，那么Redis会是不错的选择。

参考资料
Redis官网 http://redis.io/
Redis命令参考 http://redis.readthedocs.org/en/latest/index.html
Redis数据库结构设计 http://blog.nosqlfan.com/html/3476.html
十五分钟介绍Redis数据结构 http://blog.nosqlfan.com/html/3202.html
使用Redis实现LBS的应用 http://www.qixing318.com/article/4086427961.html