万字好文！带你入门 redis

引言｜本文将会从：Redis 使用场景与介绍 -> 数据结构与简单使用 -> 小功能大用处 -> 持久化、主从同步与缓存设计 -> 知识拓展 来书写，初学的童鞋只要能记住 Redis 是用来干嘛，各功能的使用场景有哪些，然后对 Redis 有个大概的认识就好啦，剩下的以后有需要的时候再来查看和实践吧！

一、Redis 介绍

Redis 是什么？

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 支持多种类型的数据结构，如 字符串（strings），散列（hashes）， 列表（lists）， 集合（sets）， 有序集合（sorted sets） ，范围查询， bitmaps， hyperloglogs 和 地理空间（geospatial） 索引半径查询。

Redis 内置了复制（replication），LUA 脚本（Lua scripting），LRU驱动事件（LRU eviction），事务（transactions）和不同级别的 磁盘持久化（persistence），

Redis 通过 哨兵（Sentinel） 和自动分区（Cluster）提供高可用性（high availability）。

Redis 特性

速度快

单节点读 110000次/s，写81000次/s

数据存放内存中

用C语言实现，离操作系统更近

单线程架构，6.0开始支持多线程（CPU、IO读写负荷）

持久化

数据的更新将异步地保存到硬盘（RDB和 AOF）

多种数据结构

不仅仅支持简单的 key-value 类型数据，还支持：字符串、hash、列表、集合、有序集合，

支持多种编程语言

功能丰富

HyperLogLog、GEO、发布订阅、Lua脚本、事务、Pipeline、Bitmaps，key 过期

简单稳定

源码少、单线程模型

主从复制

Redis 支持数据的备份（master-slave）与集群（分片存储），以及拥有哨兵监控机制。

Redis 的所有操作都是原子性的，同时 Redis 还支持对几个操作合并后的原子性执行。

Redis 典型使用场景

缓存:

计数器:

消息队列:

排行榜:

社交网络:

Redis 高并发原理

Redis是纯内存数据库，一般都是简单的存取操作，线程占用的时间很多，时间的花费主要集中在IO上，所以读取速度快

Redis使用的是非阻塞 IO，IO 多路复用，使用了单线程来轮询描述符，将数据库的开、关、读、写都转换成了事件，减少了线程切换时上下文的切换和竞争。

Redis采用了单线程的模型，保证了每个操作的原子性，也减少了线程的上下文切换和竞争。

Redis存储结构多样化，不同的数据结构对数据存储进行了优化，如压缩表，对短数据进行压缩存储，再如，跳表，使用有序的数据结构加快读取的速度。

Redis采用自己实现的事件分离器，效率比较高，内部采用非阻塞的执行方式，吞吐能力比较大。

Redis 安装

这里只提供 linux 版本的安装部署

下载 Redis

进入官网找到下载地址：https://redis.io/download

右键 Download 按钮，选择复制链接地址，然后进入 linux 的 shell 控制台：输入 wget 将上面复制的下载链接粘贴上，如下命令：

回车后等待下载完毕。

解压并安装 Redis

下载完成后需要将压缩文件解压，输入以下命令解压到当前目录：

解压后在根目录上输入 ls 列出所有目录会发现与下载 redis 之前多了一个 redis-6.2.4.tar.gz 文件和 redis-6.2.4 的目录。

移动 Redis 目录（可选）

若你不想在下载的目录安装 Redis，可以将 Redis 移动到特定目录安装，我习惯放在 ‘/usr/local/’ 目录下，所以我这里输入命令将目前在 ‘/root’ 目录下的 redis-6.2.4 文件夹更改目录，同时修改其名字为 redis:

cd 到 /usr/local 目录下输入 ls 命令可以查询到当前目录已经多了一个 redis 子目录，同时 /root 目录下已经没有 redis-6.2.4 文件:

编译

cd 到 /usr/local/redis 目录，输入命令 make 执行编译命令，接下来控制台会输出各种编译过程中输出的内容：

最终运行结果如下:

安装

输入以下命令:

这里多了一个关键字 PREFIX= 这个关键字的作用是编译的时候用于指定程序存放的路径。比如我们现在就是指定了 redis 必须存放在 /usr/local/redis 目录。假设不添加该关键字 linux 会将可执行文件存放在 /usr/local/bin 目录，库文件会存放在 /usr/local/lib 目录。配置文件会存放在 /usr/local/etc 目录。其他的资源文件会存放在 usr/local/share 目录。这里指定好目录也方便后续的卸载，后续直接 rm -rf /usr/local/redis 即可删除 Redis。

执行结果如下图:

到此为止，Redis 已经安装完毕，可以开始使用了～

Redis 启动

根据上面的操作已经将 redis 安装完成了。在目录 ‘/usr/local/redis’ 输入下面命令启动 redis：

上面的启动方式是采取后台进程方式,下面是采取显示启动方式(如在配置文件设置了 daemonize 属性为 yes 则跟后台进程方式启动其实一样):

两种方式区别无非是有无带符号&的区别。redis-server 后面是配置文件，目的是根据该配置文件的配置启动 redis 服务。redis.conf 配置文件允许自定义多个配置文件，通过启动时指定读取哪个即可。

启动可以概括为：

最简默认启动

安装后在 bin 目录下直接执行 redis-server

验证（ps –aux | grep redis）

动态参数启动（可配置一下参数，例如指定端口）

./bin/redis-server –port 6380

配置文件启动

./bin/redis-server& ./redis.conf

生产环境一般选择配置启动

单机多实例配置文件可以用端口区分开

注：若在进行 redis 命令操作，直接在 redis 中的 bin 目录下运行 redis-cli 命令即可，若开启了多个则需要加上对应的端口参数：

若运行 redis-cli 提示不未安装，则安装一下即可：

redis.conf 配置文件

在目录 /usr/local/redis 下有一个 redis.conf 的配置文件。我们上面启动方式就是执行了该配置文件的配置运行的。我们可以通过 cat、vim、less 等 linux 内置的读取命令读取该文件。

这里列举下比较重要的配置项：

配置项名称

配置项值范围

说明

这里我要将 daemonize 改为 yes，不然我每次启动都得在 redis-server 命令后面加符号 &，不这样操作则只要回到 linux 控制台则 redis 服务会自动关闭，同时也将 bind 注释，将p rotected-mode 设置为 no。这样启动后我就可以在外网访问了。修改方式通过 vim 或者你喜欢的方式即可：

通过 /daemonize 查找到属性，默认是 no，更改为 yes 即可。(通过/关键字查找出现多个结果则使用 n 字符切换到下一个即可，按 i 可以开始编辑，ESC 退出编辑模式，输入 :wq 命令保存并退出)，如下图：

其他属性也是同样方式查找和编辑即可。

安装部署部分参考：https://www.cnblogs.com/hunanzp/p/12304622.html

二、Redis 数据结构与命令使用

Redis 的数据结构有：string(字符串)、hash(哈希)、list(列表)、set(集合)、zset(有序集 合)。但这些只是Redis 对外的数据结构，实际上每种数据结构都有自己底层的内部编码实现，而且是多种实现， 这样 Redis 会在合适的场景选择合适的内部编码。

可以看到每种数据结构都有两种以上的内部编码实现，例如 list 数据结 构包含了 linkedlist 和 ziplist 两种内部编码。同时，有些内部编码，例如 ziplist， 可以作为多种外部数据结构的内部实现，可以通过 object encoding 命令查询内部编码。

Redis 所有的数据结构都是以唯一的 key 字符串作为名称，然后通过这个唯一 key 值来获取相应的 value 数据。不同类型的数据结 构的差异就在于 value 的结构不一样。

通用全局命令

常用全局命令

keys：查看所有键

dbsize：键总数

exists key：检查键是否存在

del key [key ...]：删除键

expire key seconds：键过期

ttl key: 通过 ttl 命令观察键键的剩余过期时间

type key：键的数据结构类型

简单使用截图

根据上面的命令解释，大家应该比较容易看懂截图里面的所有命令含义，这里就不过多解释了。

字符串使用

字符串 string 是 Redis 最简单的数据结构。Redis 的字符串是动态字符串，是可以修改的字符串，内部结构实现上类似于 Java 的 ArrayList，采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配。

字符串结构使用非常广泛，一个常见的用途就是缓存用户信息。我们将用户信息结构体 使用 JSON 序列化成字符串，然后将序列化后的字符串塞进 Redis 来缓存。同样，取用户 信息会经过一次反序列化的过程。

常用字符串命令

set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx|xx]: 设置值，返回 ok 表示成功

ex seconds:为键设置秒级过期时间。

px milliseconds:为键设置毫秒级过期时间。

nx:键必须不存在，才可以设置成功，用于添加。可单独用 setnx 命令替代

xx:与nx相反，键必须存在，才可以设置成功，用于更新。可单独用 setxx 命令替代

get key：获取值

mset key value [key value ...]：批量设置值，批量操作命令可以有效提高业务处理效率

mget key [key ...]：批量获取值，批量操作命令可以有效提高业务处理效率

incr key：计数，返回结果分 3 种情况：

值不是整数，返回错误。

值是整数，返回自增后的结果。

键不存在，按照值为0自增，返回结果为1。

decr(自减)、incrby(自增指定数字)、 decrby(自减指定数字)

字符串简单使用截图

根据上面的命令解释，大家应该比较容易看懂截图里面的所有命令含义，这里就不过多解释了。

字符串使用场景

缓存数据，提高查询性能。比如存储登录用户信息、电商中存储商品信息

可以做计数器（想知道什么时候封锁一个IP地址(访问超过几次)）,短信限流

共享 Session，例如：一个分布式Web服务将用户的Session信息(例如用户登录信息)保存在各自服务器中，这样会造成一个问题，出于负载均衡的考虑，分布式服务会将用户的访问均衡到不同服务器上，用户刷新一次访问可 能会发现需要重新登录，为了解决这个问题，可以使用Redis将用户的Session进行集中管理，在这种模式下只要保证Redis是高可用和扩展性的，每次用户 更新或者查询登录信息都直接从Redis中集中获取，如图：

哈希 hash

哈希相当于Java中的HashMap，以及 Js 中的 Map，内部是无序字典。实现原理跟HashMap一致。一个哈希表有多个节点，每个节点保存一个键值对。

与Java中的HashMap不同的是，rehash 的方式不一样，因为 Java 的 HashMap 在字典很大时，rehash 是个耗时的操作，需要一次性全部 rehash。

Redis 为了高性能，不能堵塞服务，所以采用了渐进式 rehash 策略。

渐进式 rehash 会在 rehash 的同时，保留新旧两个 hash 结构，查询时会同时查询两个 hash 结构，然后在后续的定时任务中以及 hash 操作指令中，循序渐进地将旧 hash 的内容一点点迁移到新的 hash 结构中。当搬迁完成了，就会使用新的hash结构取而代之。

当 hash 移除了最后一个元素之后，该数据结构自动被删除，内存被回收。

常用哈希命令

hset key field value：设置值

hget key field：获取值

hdel key field [field ...]：删除field

hlen key：计算field个数

hmset key field value [field value ...]：批量设置field-value

hmget key field [field ...]：批量获取field-value

hexists key field：判断field是否存在

hkeys key：获取所有field

hvals key：获取所有value

hgetall key：获取所有的field-value

incrbyfloat和hincrbyfloat:就像incrby和incrbyfloat命令一样，但是它们的作 用域是 filed

哈希简单使用截图

根据上面的命令解释，大家应该比较容易看懂截图里面的所有命令含义，这里同样不过多解释了

哈希使用场景

Hash也可以同于对象存储，比如存储用户信息，与字符串不一样的是，字符串是需要将对象进行序列化（比如 json 序列化）之后才能保存，而 Hash 则可以讲用户对象的每个字段单独存储，这样就能节省序列化和反序列的时间。如下：

此外还可以保存用户的购买记录，比如 key 为用户 id，field 为商品i d，value 为商品数量。同样还可以用于购物车数据的存储，比如 key 为用户 id，field 为商品 id，value 为购买数量等等:

列表（lists）

Redis 中的 lists 相当于 Java 中的 LinkedList，实现原理是一个双向链表（其底层是一个快速列表），即可以支持反向查找和遍历，更方便操作。插入和删除操作非常快，时间复杂度为 O(1)，但是索引定位很慢，时间复杂度为 O(n)。

常用列表命令

rpush key value [value ...]：从右边插入元素

lpush key value [value ...]：从左边插入元素

linsert key before|after pivot value：向某个元素前或者后插入元素

lrange key start end：获取指定范围内的元素列表，lrange key 0 -1可以从左到右获取列表的所有元素

lindex key index：获取列表指定索引下标的元素

llen key：获取列表长度

lpop key：从列表左侧弹出元素

rpop key：从列表右侧弹出

lrem key count value：删除指定元素，lrem命令会从列表中找到等于value的元素进行删除，根据count的不同 分为三种情况:

·count>0，从左到右，删除最多count个元素。

count<0，从右到左，删除最多count绝对值个元素。

count=0，删除所有。

ltrim key start end：按照索引范围修剪列表

lset key index newValue：修改指定索引下标的元素

blpop key [key ...] timeout 和 brpop key [key ...] timeout：阻塞式弹出

列表简单使用截图

根据上面的命令解释，大家应该比较容易看懂截图里面的所有命令含义，这里同样不过多解释了

列表使用场景

热销榜，文章列表

实现工作队列（利用lists的push操作，将任务存在lists中，然后工作线程再用pop操作将任务取出进行执行 ），例如消息队列

最新列表，比如最新评论

使用参考：

lpush+lpop=Stack(栈)

lpush+rpop=Queue(队列)

lpsh+ltrim=Capped Collection(有限集合)

lpush+brpop=Message Queue(消息队列)

set 集合和 zset 有序集合

Redis 的集合相当于 Java 语言里面的 HashSet 和 JS 里面的 Set，它内部的键值对是无序的唯一的。Set 集合中最后一个 value 被移除后，数据结构自动删除，内存被回收。

zset 可能是 Redis 提供的最为特色的数据结构，它也是在面试中面试官最爱问的数据结构。它类似于 Java 的 SortedSet 和 HashMap 的结合体，一方面它是一个 set，保证了内部 value 的唯一性，另一方面它可以给每个 value 赋予一个 score，代表这个 value 的排序权重。它的内部实现用的是一种叫着「跳跃列表」(后面会简单介绍)的数据结构。

常用集合命令

sadd key element [element ...]：添加元素，返回结果为添加成功的元素个数

srem key element [element ...]：删除元素，返回结果为成功删除元素个数

smembers key：获取所有元素

sismember key element：判断元素是否在集合中，如果给定元素element在集合内返回1，反之返回0

scard key：计算元素个数，scard的时间复杂度为O(1)，它不会遍历集合所有元素

spop key：从集合随机弹出元素，从3.2版本开始，spop也支持[count]参数。

srandmember key [count]：随机从集合返回指定个数元素，[count]是可选参数，如果不写默认为1

sinter key [key ...]：求多个集合的交集

suinon key [key ...]：求多个集合的并集

sdiff key [key ...]：求多个集合的差集

集合简单使用截图

常用有序集合命令

zadd key score member [score member ...]：添加成员，返回结果代表成功添加成员的个数。Redis3.2为zadd命令添加了nx、xx、ch、incr四个选项:

nx:member必须不存在，才可以设置成功，用于添加

xx:member必须存在，才可以设置成功，用于更新

ch:返回此次操作后，有序集合元素和分数发生变化的个数

incr:对score做增加，相当于后面介绍的zincrby

zcard key：计算成员个数

zscore key member：计算某个成员的分数

zrank key member 和 zrevrank key member：计算成员的排名，zrank是从分数从低到高返回排名，zrevrank反之

zrem key member [member ...]：删除成员

zincrby key increment member：增加成员的分数

zrange key start end [withscores] 和 zrevrange key start end [withscores]：返回指定排名范围的成员，zrange是从低到高返回，zrevrange反之。

zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count] 和 zrevrangebyscore key max min [withscores] [limit offset count] 返回指定分数范围的成员，其中zrangebyscore按照分数从低到高返回，zrevrangebyscore反之

zcount key min max：返回指定分数范围成员个数

zremrangebyrank key start end：删除指定排名内的升序元素

zremrangebyscore key min max：删除指定分数范围的成员

zinterstore 和 zunionstore 命令求集合的交集和并集，可用参数比较多，可用到再查文档

有序集合相比集合提供了排序字段，但是也产生了代价，zadd的时间 复杂度为O(log(n))，sadd的时间复杂度为O(1)。

有序集合简单使用截图

集合和有序集合使用场景

给用户添加标签

给标签添加用户

根据某个权重进行排序的队列的场景，比如游戏积分排行榜，设置优先级的任务列表，学生成绩表等

关于跳跃列表

跳跃列表就是一种层级制，最下面一层所有的元素都会串起来。然后每隔几个元素挑选出一个代表来，再将这几个代表使用另外一级指针串起来。然后在这些代表里再挑出二级代表，再串起来。最终就形成了金字塔结构，如图：

更多可以看：https://www.jianshu.com/p/09c3b0835ba6

列表、集合和有序集合异同

三、小功能大用处

慢查询分析

许多存储系统（例如MySQL）提供慢查询日志帮助开发和运维人员定位系统存在的慢操作。

所谓慢查询日志就是系统在命令执行前后计算每条命令的执行时间，当超过预设阈值，就将这条命令的相关信息（例如：发生时间，耗时，命令的详细信息）记录下来，Redis 也提供了类似的功能。这里可以顺带了解一下 Redis 客户端执行一条命令的过程，分为如下4个部分：

对于慢查询功能，需要明确 3 件事：

1、预设阈值怎么设置？

在 redis 配置文件中修改配置 ‘slowlog-log-slower-than’ 的值，单位是微妙（1秒 = 1000毫秒 = 1000000微秒），默认是 10000 微秒，如果把 slowlog-log-slower-than 设置为 0，将会记录所有命令到日志中。如果把 slowlog-log-slower-than 设置小于0，将会不记录任何命令到日志中。

2、慢查询记录存放在哪？

在 redis 配置文件中修改配置 ‘slowlog-max-len’ 的值。slowlog-max-len 的作用是指定慢查询日志最多存储的条数。实际上，Redis 使用了一个列表存放慢查询日志，slowlog-max-len 就是这个列表的最大长度。当一个新的命令满足满足慢查询条件时，被插入这个列表中。当慢查询日志列表已经达到最大长度时，最早插入的那条命令将被从列表中移出。比如，slowlog-max-len 被设置为 10，当有第11条命令插入时，在列表中的第1条命令先被移出，然后再把第11条命令放入列表。

记录慢查询指 Redis 会对长命令进行截断，不会大量占用大量内存。在实际的生产环境中，为了减缓慢查询被移出的可能和更方便地定位慢查询，建议将慢查询日志的长度调整的大一些。比如可以设置为 1000 以上。

除了去配置文件中修改，也可以通过 config set 命令动态修改配置

3、如何获取慢查询日志？

可以使用 slowlog get 命令获取慢查询日志，在 slowlog get 后面还可以加一个数字，用于指定获取慢查询日志的条数，比如，获取2条慢查询日志：

可以看出每一条慢查询日志都有4个属性组成：

唯一标识ID

命令执行的时间戳

命令执行时长

执行的命名和参数

此外，可以通过 slowlog len 命令获取慢查询日志的长度；通过 slowlog reset 命令清理慢查询日志。

Pipeline（流水线）机制

Redis 提供了批量操作命令（例如mget、mset等），有效地节约RTT。但大部分命令是不支持批量操作的，例如要执行 n 次 hgetall 命令，并没有 mhgetall 命令存在，需要消耗 n 次 RTT。

Redis 的客户端和服务端可能部署在不同的机器上。例如客户端在北京，Redis 服务端在上海，两地直线距离约为 13