Redis②数据类型、发布/订阅

1、基本命令

Redis 命令中心：讲解 Redis 数据类型的常用命令。

1.1、key

  • 查询
    • keys *：当前库的所有 key。
    • exists key：判断指定 key 是否存在。
    • type key：指定 key 的类型。
  • 删除
    • del key：删除指定 key 的数据。
    • unlink key：将 key 从 keyspace 元数据中删除，非阻塞删除（异步）。
  • 过期时间
    • expire key：设置过期时间（秒）。
    • ttl key：查看存活时间（time to live，秒），-1 永不过期，-2 已过期。

1.2、数据库

Redis 默认有 16 个数据库，默认使用 0 号库。

  • select：切换数据库。
  • dbsize：查看当前库的 key 数量。
  • flushdb：清空当前库。
  • flushall：清空所有库。

2、数据类型

  • key-value：Key 是字符串，Value 可以是不同的数据类型。
  • 数据类型的操作具有原子性（由于单线程）。

1.1、String（字符串）

Redis 最基本的数据类型

  • 二进制安全，可包含任何数据（如序列化对象）
  • String 类型的 Value，最大值是 512M。

1.1.1、数据结构

简单动态字符串（Simple Dynamic String，SDS）

  • 类似 Java 的 ArrayList

  • 内存分配：预分配冗余空间（capacity），减少内存的频繁分配。

  • 扩容：字符串长度（len）

    • len < 1M 则加倍，len > 1M 则扩容 1M。

    • 最大长度是 512M。

      image-20220414004131113

1.1.2、常用命令

① 存取

  • set：添加键值对。

  • setex：添加键值对，并设置过期时间（秒，expire）。

  • setnx：添加键值对，前提是指定 Key 不存在（not exists）。

  • get：查询指定 Key 的 Value 值。

  • mset：添加多个键值对。

  • msetnx：添加多个键值对，前提是指定的所有 Key 都不存在。

  • mget：查询指定的多个 Key 的 Value 值。

    set 
setex <过期时间>
setnx 
get 
# multi
mset 
msetnx 
mget

② 范围

类似子串（subString），索引从 0 开始。

  • getrange：指定 Key，获取指定下标范围的值（左右包含）。

  • setrange：指定 Key，覆盖指定起始下标之后的值。

    getrange <起始索引><结束索引>
setrange <起始索引>

③ 数字增减

只能操作数字值，原子性。

  • incr：自增 1，若为空则赋值 1。

  • decr：自减 1，若空则赋值 -1。

  • incrby：自增指定步长。

  • decrby：自减指定步长。

    incr/decr 
incrby/decrby <步长>

④ 其它

  • 替换：查询指定 Key 值，并将 Value 设为指定值。

  • 追加：将指定 Value 值，追加到指定 Key 的 Value 值之后。

  • 长度

    getset 
append 
strlen

1.1.3、应用场景

  • 验证码、token（expire）
  • 点赞或访问计数（incr / decr）

1.2、List（列表）

单键多值：简单的字符串列表

有序、有下标、可重复

底层是双向链表，

  • 直接操作 List 的头部（左）和尾部（右）元素，性能高。
  • 通过下标操作中间元素，性能较低。

1.2.1、数据结构

快速链表（quickList）

  • 元素较少时，使用压缩列表存储（ziplist，一块连续的内存）

  • 元素较多时，使用快速链表（链表和 ziplist 的结合）

    • ziplist 不利于增删操作。

    • 普通链表的指针需要额外占用空间，浪费内存。

    • 结合使用，满足增删的性能，减少内存冗余。

      image-20220414005707377

1.2.2、常用命令

① 存取

  • 两侧

    • lpush/rpush：向指定 Key 的左/右侧，添加指定一个或多个值。

    • lpop/rpop：从指定 Key 的左/右侧取出一个值。

    • rpoplpush：从指定 Key 的右侧取出值，添加到另一个 Key 的左侧。

      lpush/rpush 
lpop/rpop 
rpoplpush

  • 下标：从左往右

    • lindex：获取指定 Key，指定下标对应的值。

    • linsert before/after：在指定 Key 的指定 Value 前/后，添加指定指定值。

    • lset：替换指定 Key 的指定下标的 Value 值。

    • lrem：指定 Key，删除左侧开始的 n 个 Value。

      lindex 
linsert  before/after 
lrem 
lset

② 范围、长度

  • lrange：指定 Key，获取指定下标范围的值（左右包含）。

    • 下标从 0 开始，负数表示倒数。
    • 如 0 -1 表示所有 Value。

  • llen：获取指定 Key 的列表长度。

    lrange 
llen

1.2.3、应用

  • 发布、订阅
  • 消息队列

1.3、Hash（哈希）

键值对集合

  • hash 是一个 String 类型的 field 和 value 的映射表。
  • 适合存储对象，类似 Java 的 Map。

1.3.1、数据结构

两种数据结构：ziplist（压缩列表）、hashtable（哈希表）

  • field-value 长度短且个数少，使用 ziplist。
  • 否则使用 hashtable。

1.3.2、常用命令

① 查询

  • hkeys：列出该 hash 集合的所有 field。

  • hvals：列出该 hash 集合的所有 value。

  • hexists：指定 Key 中，判断指定 field 是否存在。

    hkeys 
hvals 
hexists

② 存取

  • hset：指定 Key，给指定 field 赋值。

  • hget：从指定 Key 中取出指定 field 的 value 值。

  • hsetnx：指定 Key，给指定 field 赋值。（前提是 field 不存在）

  • hmset： 指定 Key，批量设置多对 field-value 值。

    hset 
hget 
hsetnx 
hmset .

③ 递增

指定 Key，将 field 的数值递增指定步长。

hincrby

1.3.3、应用

存储对象：Key 为对象名，Value 为 Hash。

image-20220414122326057

为何不用 String 存储？

image-20220414140704365

  1. String-String：Key 为对象名，Value 为序列化的对象。

    • 存储：序列化整个对象并存储。

    • 问题：修改对象需要先反序列化，修改后再次序列化（开销大）

      image-20220414122255083

  2. String-String：Key 为对象名+属性名，Value 为属性值。

    • 存储：分别将属性值存储在不同 Key 下。

    • 问题：存储需要使用多个 Key，获取对象时需查询多个 Key（数据冗余）

      image-20220414122301137

1.4、Set（集合）

单键多值、排序

无序、无下标、不可重复

  • 底层是 value 为 null 的 hash 表。
  • 增删查的时间复杂度 O(1)。

1.4.1、数据结构

dict 字典（由哈希表实现）

  • Java 的 HashSet：底层 HashMap，所有 value 指向同一个对象。

  • Redis 的 set：底层 hash，field-value 中的 value 为 null。

    image-20220414125321893

1.4.2、常用命令

① 查询

  • smembers：查询所有值。

  • srandmember：随机查出 n 个值。

  • sismember：判断是否存在。

  • scard：元素个数（称为基数，cardinality）。

  • spop：随机取出一个值（删除）

    # 仅查询
smembers 
srandmember 
sismember 
scard
# 取出
spop

② 增删

  • sadd：将一个或多个值添加到集合 Key 中，已存在的值被忽略。

  • srem：删除集合中指定元素。

  • smove：将元素移动到另一个集合。

    sadd 
srem 
smove   value

③ 集合论

  • sinter：交集。

  • sunion：并集。

  • sdiff：差集。

    sinter  
sunion  
# 包含k1中的，不包含k2中的
sdiff

1.4.3、应用

去重

1.5、Zset（有序集合）

SortedSet（单键多值、排序）

无序、无下标、不可重复

  • 相比 Set，Zset 的成员都关联评分（score），用于升序排序。
  • 成员唯一，评分可重复。
  • 可通过 score 的范围来获取元素。
  • 访问 Zset 的中间元素效率比 Set 高。

1.5.1、数据结构

类似 Java 的 TreeSet，排序规则为 score

两个数据结构：hash、跳跃表。

  • hash：保证 field 唯一性，关联 field 和 score。

    image-20220414125343293

  • 跳跃表：给元素 value 排序，根据 score 范围获取元素。

    image-20220414130033985

1.5.2、常用命令

① 查询

  • zrange：查询指定次序范围的元素。

    • WITHSCORES：附带 score 值。

  • zrangebyscore：查询指定 score 范围内的元素（左右包含），按 score 升序排序。

  • zrevrangebyscore：同上，但降序排序（reverse）。

  • zcount：查询指定 score 范围内的元素个数。

  • zrank：查询指定值在集合中的排名（从 0 开始）。

    zrange  [WITHSCORES]
zrangebyscore key minmax [withscores] [limit offset count]
zrevrangebyscore key maxmin [withscores] [limit offset count]

zcount 
zrank

② 增删

  • zadd：添加一个或多个元素及 score。

  • zrem：删除指定元素。

    zadd 
zrem

③ 递增

zincrby：指定元素的 score 递增指定步长。

zincrby

1.5.3、应用

排行榜

3、新数据类型

3.1、Bitmaps（位图）

充分使用字节的 8 位二进制数。

  • 计算机中用 8 位二进制数编码表示数值信息（1 byte = 8 bit）
  • Bitmaps 本质是字符串，但支持位操作。
  • 可理解成以 bit 为单位的数组，数组下标称为偏移量。
  • 充分利用操作位，可有效提高内存使用率和开发效率。

3.1.1、常用命令

  • setbit：设置指定偏移量的值（偏移量，offset 从 0 开始）。

  • getbit：获取指定偏移量的值。

  • bitcount：统计值为 1 的位数目，可指定字节范围。

  • bitop：复合操作（与或非、异或）

    setbit   
getbit  
bitcount  [start end]
bitop and/or/not/xor  [key]

案例：某一天用户是否上线

  1. 设置：用户 ID作为偏移量，用户上线则设为 1。
    • 通常，bitmaps 的 Key 为某一天的访问情况。
    • 用户 ID 可能未必从 0 开始，需要经过一定处理。
  2. 获取：根据用户 ID（偏移量）查询，1 表示访问过。
  3. 数量：统计上线用户数。
  4. 复合：如 and，查看两天都有上线的用户。

3.1.2、应用

签到、用户在线状态、用户访问情况

3.2、HyperLogLog（基数统计）

3.2.1、基数问题

基数：集合中不重复元素的个数。

  • 示例：{1, 3, 3, 5, 7} 的基数集为 {1, 3, 5}，基数为 3。
  • 应用场景：

传统方案

特点：精度高，但随着数据的增加，空间占用过多。

  1. MySQL：查询 DISTINCT COUNT。
  2. Redis：hash、set、bitmaps 等数据结构。

HyperLogLog（HLL）：基数统计算法

降低一定的精度来平衡存储空间

  • 机制
    • 根据输入元素来计算基数，而不会存储元素。
    • 每个 HLL 的 Key 占用 12KB 内存，可计算接近 2^64 个不同元素的基数。
  • 特点：
    • 即使输入元素的数量或容量很大，计算基数所占空间固定且很小。
    • 只计算基数，不存储元素，无法返回输入的元素。

3.2.2、常用命令

HyperLogLog，以下简称 HLL

  • pfadd：添加一个或多个元素。

  • pfcount：计算一个或多个 HLL 的基数。

  • pfmerge：将一个或多个 HLL 合并到另一个 HLL。

    pfadd 
pfcount  
pfmerge

案例：记录网站 UV，多次访问只有一个 UV 记录

  • 设置：用户 ID 作为 HLL 的元素。
  • 统计
  • 合并：如合并 7 天的 UV 得到一周的 UV。

3.2.3、应用

UV（UniqueVisitor，独立访客）、独立 IP 数。

3.3、Geospatial（地理）

  • 二维坐标表示地图的经纬度。
  • 提供经纬度设置、查询等操作。

命令

  • geoadd：添加一个或多个地理位置。

  • geopos：获取指一个或多个 Key 的坐标值。

  • geodist：计算两个位置的直线距离，可设置单位。

  • georadius：获取指定 Key 的半径之内的元素，可设置单位。

    geoadd    
geopos  
geodist    [m|km|ft|mi ]
georadius    radius m|km|ft|mi

4、发布/订阅

类似

消息通信模式：发送者（pub）在某个频道中发布消息，订阅者（ sub ）接收消息。

  • 客户端可以订阅任意数量的频道。

  • pub 在频道中发布消息后，sub 自动接收到订阅的消息。

    # sub订阅频道
subscribe 频道名
# pub发布信息
publish channel 频道名
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