Redis架构原理

键值存储是一种存储系统，其中的数据以键和值对的形式存储。当我们说内存中键值存储时，是指键值对存储在主存储器（RAM）中。因此，可以说Redis以键值对的形式将数据存储在RAM中。

数据库管理系统将所有内容存储在磁盘中，这使得读取和写入操作非常慢。但是Redis将所有内容存储在主存储器中，这在数据读写中非常快。

但是，我们知道内存是远比磁盘贵的，而且计算机的磁盘一般较大，内存相对很小。所以，如果redis像数据库一样存储大量数据，会导致计算机内存耗尽。因此，redis往往存储少量高频度读写的数据，并且会配置过期。

1.1 redis存取架构图

1.2 redis存取说明

redis存储数据主要有String，List，Hash，Set，Zset五种数据类型。数据存储默认有16个db，默认选中为第一个db。db选择按0~15的数字标识切换。每一种数据类型都会有对应的存取命令。

1.3 安装使用

yum install redis

安装后，配置文件所在路径：/etc/redis.conf

service redis start

启动时，redis会占用端口6379

shell下面，直接运行redis-cli，就可以进入客户端连接

Redis常用命令

127.0.0.1:6379> info
# Server
redis_version:5.0.3
redis_git_sha1:00000000
redis_git_dirty:0
redis_build_id:9529b692c0384fb7
redis_mode:standalone
os:Linux 4.18.0-240.22.1.el8_3.x86_64 x86_64
……

# 选择db
127.0.0.1:6379> select 1
OK

# 查看所有键（可以筛选）
127.0.0.1:6379> keys *
1) "will"
2) "backup3"
3) "backup2"
4) "backup1"

# 设置（更新）键值
127.0.0.1:6379> set will hello
OK

# 获取键值
127.0.0.1:6379> get will
"hello"

# 设置键和过期时间
127.0.0.1:6379> setex will1 100 0
OK

# 获取键的剩余时间
127.0.0.1:6379> ttl will1
(integer) 17

# 整数自增操作
127.0.0.1:6379> incr will1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get will1
"1"

# 删除键
127.0.0.1:6379> del will1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get will1
(nil)

Redis数据结构和命令

3.1 String-字符串

字符串 string 是 Redis 最简单的数据结构。基础数据都以字符串形式存储。

其对应的命令就set-get，mset-mget

# 单个操作
127.0.0.1:6379> set will 1
OK
127.0.0.1:6379> get will
"1"
127.0.0.1:6379> set will 1.1
OK
127.0.0.1:6379> get will
"1.1"
127.0.0.1:6379> set will abc
OK
127.0.0.1:6379> get will
"abc"

# 批量操作
127.0.0.1:6379> mset will 1 roy 2 tufei 3
OK
127.0.0.1:6379> mget will roy tufei
1) "1"
2) "2"
3) "3"

3.2 List-链表（列表）

相当于C里面的双向链表或者python里面的列表

list的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)

List有三类用法

队列用法：右进左出

127.0.0.1:6379> rpush queue 1 2 3 4 5
(integer) 5
127.0.0.1:6379> llen queue
(integer) 5
127.0.0.1:6379> lpop queue
"1"
127.0.0.1:6379> lpop queue
"2"
127.0.0.1:6379> lpop queue
"3"
127.0.0.1:6379> lpop queue
"4"
127.0.0.1:6379> lpop queue
"5"
127.0.0.1:6379> lpop queue
(nil)

栈的用法：右进右出

27.0.0.1:6379> rpush stack 1 2 3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> llen stack
(integer) 3
127.0.0.1:6379> rpop stack
"3"
127.0.0.1:6379> rpop stack
"2"
127.0.0.1:6379> rpop stack
"1"
127.0.0.1:6379> rpop stack
(nil)

列表用法：慢用法

像Python的列表一样，通过下标使用List。这种用法需要对链表进行遍历，性能随着参数 index 增大而变差。

127.0.0.1:6379> rpush list 1 2 3 4 5
(integer) 5
127.0.0.1:6379> llen list
(integer) 5
# 下标获取
127.0.0.1:6379> lindex list 1
"2"
# 获取下标之间的元素，闭区间
127.0.0.1:6379> lrange list 1 3
1) "2"
2) "3"
3) "4"
# 保留下标之间的元素，闭区间（其他元素会删掉）
127.0.0.1:6379> ltrim list 1 3
OK
# 获取所有元素
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "2"
2) "3"
3) "4"

3.3 Hash-字典

127.0.0.1:6379> hset teacher will python
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset teacher Roy java
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset teacher tufei xingneng
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hgetall teacher
1) "will"
2) "python"
3) "Roy"
4) "java"
5) "tufei"
6) "xingneng"
# 因为是更新，所有是0
127.0.0.1:6379> hset teacher tufei 性能
(integer) 0
# 对于字典，键的值也可以自增
127.0.0.1:6379> hset teacher age 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hincrby teacher age 1
(integer) 2
127.0.0.1:6379> hget teacher age
"2"

3.4 set-集合

set 是一个无序的、自动去重的集合数据类型

常见的应用为抽奖，可以确保同一个用户不会抽中两次

127.0.0.1:6379> sadd 特斯汀 1 2 a
(integer) 3
# 重复，不添加
127.0.0.1:6379> sadd 特斯汀 1
(integer) 0
# 新增
127.0.0.1:6379> sadd 特斯汀 b
(integer) 1
# 注意，并不是添加的顺序，因为set是无序的
127.0.0.1:6379> smembers 特斯汀
1) "a"
2) "2"
3) "b"
4) "1"
# 查询某个元素是否存在
127.0.0.1:6379> sismember 特斯汀 a
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sismember 特斯汀 c
(integer) 0
127.0.0.1:6379> scard 特斯汀
(integer) 4
# 弹出一个，被弹出元素将被删除
127.0.0.1:6379> spop 特斯汀 1
1) "1"
127.0.0.1:6379> smembers 特斯汀
1) "a"
2) "2"
3) "b"

3.5 zset-有序集合

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。

它会自动去重，并对所有元素进行排序

其应用场景也很广泛，比如成绩排名，动态排行等等

127.0.0.1:6379> zadd score 80 will
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd score 88 roy
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd score 77 tufei
(integer) 1
# 按成绩升序输出
127.0.0.1:6379> zrange score 0 -1
1) "tufei"
2) "will"
3) "roy"
# 按成绩降序输出
127.0.0.1:6379> zrevrange score 0 -1
1) "roy"
2) "will"
3) "tufei"
127.0.0.1:6379> zcard score
(integer) 3

# 通过value获取到分数
127.0.0.1:6379> zscore score will
"80"
# 获取区间内排名
127.0.0.1:6379> zrangebyscore score 80 90
1) "will"
2) "roy"
# inf 是无穷大的意思（∞）
127.0.0.1:6379> zrangebyscore score -inf 80
1) "tufei"
2) "will"
# 删除
127.0.0.1:6379> zrem score will
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zrange score 0 -1
1) "tufei"
2) "roy"

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