【Redis的那些事 · 上篇】Redis的介绍、五种数据结构演示和分布式锁

Redis是什么

Redis，全称是Remote Dictionary Service,翻译过来就是，远程字典服务。

redis属于nosql非关系型数据库。Nosql常见的数据关系，基本上是以key-value键值对形式存在的。

Key-value: 就像翻阅中文字典或者单词字典，通过指定的需要查询的字或者单词(key),可以查找到字典里面对应的详细内容和介绍(value)

Redis的一些特点:支持数据持久化、支持多种数据结构、支持数据备份、原子性操作等。

原子性：操作不能被中途打断。

Redis的由来

Redis的作者：意大利人 —— Salvatore Sanfilippo，现在至少四十几岁了，还在写代码。

Redis灵感来源：Alessia Merz，意大利一个舞者女郎。Merz在意大利有愚蠢的含义(俚语)。于是，Redis的默认服务端口号6379的来源灵感，来自于Mers这个词，详情可看九宫格输入法：

Redis的安装

Mac系统：brew install redis

Linux系列系统：apt-get install redis  或 yum install redis 或apt-get install redis-server 或 yum install redis-server

Windows系统：下载地址：https://github.com/tporadowski/redis/releases

Redis启动方式

Mac/Linux: 启动服务端redis-server  启动客户端：redis-cli   

如果需要后台启动，需要修改 redis.conf  文件，设置daemonize 为 yes

然后使用 redis-server /xxx/redis.conf 指定配置文件进行启动。xxx是指定的路径。

以下下载的姿势可能不对，版本有点低，所以后面暂且用windows环境下的进行测试。

Windows启动方式：双击redis-server.exe文件即可运行

可以点击cli.exe文件，启动客户端。

输入ping,返回pong，代表服务是通的。

通过使用：set key value

可以用来设置一个键值对。

通过：get key

可以获取到key对应的value值。

通过命令创建redis密码： config set requirepass 密码

通过使用 命令：auth 密码

进行redis权限验证。

使用：keys * 可以显示所有当前存在的key

使用命令： select index 

可以选择指定的Redis的Index(数据库)。Redis默认有最多16个数据库（或者叫Index）,默认从0开始。例如上面设置的默认是0库，选择1库进行查询，就会没有东西。

Redis的数据结构

Redis的数据结构，体现在key-value的value上。Key默认都是字符串，value的基本数据结构包括字符串（string）、列表(list)、哈希（hash）、集合(set)、有序集合(zset)

字符串数据结构

字符串在redis里面是可变的。用一个图来简单说明一下。

字符串存储规则：Redis存储字符串期间，额外的空间分配规则是，当数据小于1MB的时候，每次扩容的空间是成倍增长的。大于1MB的时候，每次扩容的空间是1MB。

上面这段话如果不太理解，可以看Redis源码，源码内容如下。

并且String单个数据最大的长度为 2^32-1=512M

关于字符串的其他操作:

使用命令： exists key

可以查看是否存在该key；

使用命令：del key

可以直接删除指定的key以及对应的value。

如果已有key，使用：set key xxx

会直接把key原有的值设置为xxx

使用命令: expire key second

可以给指定的key设置过期时间。例如我设置了10s过期，十秒以后，就会被自动销毁了。

使用命令： setex  key  second  value

可以设置key-value键值对，并且可以同时设置过期时间的秒数。

使用命令: ttl key

可以查看指定的key的剩余的过期时间。

对于数值型的字符串，可以使用命令：incr key 和 decr key 进行自增1和自减1

使用命令：incrby key number 和 decrby key number 进行自增或自减指定的数值。

可以通过批量设置命令：mset key value key value…… 

进行批量设置。

通过：mget key key key……

进行批量读取。不过mget批量读取的结果集是个列表(因为带有序号)

列表数据结构

Redis的列表，最大可以存储40亿+个元素（2^32-1）。

列表的插入速度很快，时间复杂度是O，但是当数据量特别庞大的时候，使用索引进行查询操作会变得很慢，因为通过索引定位查询的时间复杂度为O(n)。

设置列表的key和value命令：lpush key value value value ……

可以设置一个key,带有多个元素的列表。l：left，代表的是左边，相当于每个元素是从左边被写入的（倒序插入）。

使用命令： lpop  key

可以取出最左边的元素的值，同时会把该值舍弃掉。 

rpush是依次从右边插入（正序插入），rpop是取出最右边的元素的值，然后舍弃掉。r: right，代表右边

可以使用命令：linsert key before|after 指定的value 要插入的value

进行插入元素。before 会把要插入的元素插入到指定的value的前面；after会把要插入的元素插入到指定的value的后面。

通过使用命令：lset key index 新的value

可以把列表指定的索引对应的值给替换掉。

可以通过命令：lindex key index

获取指定的索引的值，并且不会被舍弃。操作索引期间，需要注意时间复杂度，元素多的情况下慎用。

可以使用命令：lrange key 起始索引 结束索引

获取在索引区间的所有元素。元素包含起始索引和结束索引的值。

列表还可以用来当作消息队列使用，因为列表存取的一些方式，可以用来先进先出、先进后出等堆栈操作，先进先出与消息队列机制雷同。

哈希数据结构

哈希数据结构，可以当作是字典(key-value)里面嵌套了个字典（value数据类型又是一个 key-value的结构）。类似Json，或者类似俄罗斯套娃，例如：

person:{

 “Name”:”wesky”,

  “age”:18

使用命令： hset  key field value

可以设置哈希数据结构的key,以及一个属性和属性对应的值。

使用命令：hget key field

可以获取指定哈希数据的key对应的属性的值。

使用命令：hmset key field value field value ……

可以批量设置哈希数据指定key的多个属性和值。

使用命令：hmget key field1 field2 ……

可以批量获取指定的key下指定的多个属性的值。

使用命令：hgetall key

可以获取指定的哈希数据的key下的所有属性和值的列表。如下图所示。

使用命令：hkeys key

可以获取哈希数据指定key的所有属性名称的列表；

使用命令：hvals key

可以获取哈希数据指定key的所有属性的值的列表；

使用命令： hlen key

可以获取到哈希数据里面指定key的属性个数。

集合数据结构

集合结构也可以看成是一个没有属性值的哈希数据结构，并且属性不能重复且无序的。

Person{

 “name”,

 “age”

使用命令： sadd key field1 field2……

可以设置集合的key和元素集。由于集合是不可重复的，所以重复新增的元素会被自动剔除。

使用命令：smembers key

可以返回指定集合的所有元素；

使用命令：scard key

可以查询集合元素的个数；

使用命令：srandmember key (number:可选）

可以随机返回指定集合的一个或多个元素。不指定个数，即返回一个。

集合数据，可以进行一些集合运算操作。

命令：sdiff  key1  key2

可以比较集合key1和集合key2的差集，差集结果为写在前面的集合元素减去后面集合的元素；

命令：sinter key1 key2

可以获取到集合key1和集合key2的交集。

命令：sunion key1 key2

可以获取集合key1和集合key2的并集。

有序集合

有序集合比较常见的一个场景，是用来做排行榜。

命令：zadd  key  score1(分数，用于排行的值)  member1(集合的元素)  score2(分数，用于排行的值)  member2(集合的元素) ……

可以用来新增有序集合。其中，分数代表权重，值越低，排越前。

命令：zrange key 起始索引 结束索引

可以查询指定集合索引区间的所有元素的属性。

命令： zincrby key 增加权重值 menber

可以对有序集合指定的元素进行增加权重（对分数进行增加指定的值）

命令：zcard  key

可以获取有序集合的个数；

命令： zcount  key  最小分数  最大分数

可以获取到有序集合在指定的分数区间的所有元素；

命令：zcount key member

可以获取有序集合里面指定的元素当前的分数；

命令：zrange key  起始索引 结束索引 withscores

可以获取到有序索引里面指定的索引区间内所有的元素以及元素对应的分数。

备注：以上五种数据结构，都属于容器型，它们的特点是，当没有元素的时候，会被自动释放掉。

Redis分布式锁

Redis的操作是原子性的，如果存在多客户端同时操作的情况下，会发生一些干扰问题。原子性指的是，redis在进行读写期间是不会被打断的，会一直进行到底。下面用一个图片进行说明。

如上图所示，A和B同时都要操作Redis数据库里面的Key1。假设此刻Key1存储的是银行的存款，然后在A的地方消费掉了，此刻A触发了扣减余额的操作。这个时候，修改redis的值是通过先读取值出来到内存里面，然后进行扣减的；读取出来的时候，还没扣减完成，这个时候B（比如说是信用卡自动还款扣钱）也要扣减Key1的余额，也要进行先读取出来，然后才进行扣减。由于Redis是原子性操作，所以A的步骤不会被打断，B也不会被打断。这个时候，A扣减完成了，例如原本余额是100元，扣减了10元，A更改完毕以后，值变成了90元。此刻，B也要扣减，例如扣减20元，但是读取的是A改完之前的值，所以改完以后是80元。以上就产生了冲突，于是就有了Redis的分布式锁用来避免这个问题。

通过命令： set  key  value  ex  second  nx

可以设置一个锁，key代表锁的名称，value是值；second是锁的超时时间。

如下图所示，我开了两个客户端，并且标注了我的操作顺序号。

锁如果没有过期或删除，其他客户端创建锁会失败；但是其他客户端也可以删除锁，所以具有一定风险。建议可以对锁设置不同客户端所需要的不同的值用来区分。然后把需要操作的地方，放到锁里面操作，来避免产生的同时操作产生的问题。

例如伪代码：

今天暂且写到这儿了，后续还有redis的位图、布隆过滤器、限流、线程模型、通讯协议、订阅模式、管道、内存回收、源码解读等等内容，敬请期待~~

今天2021-12-18刚好也是自己生日(农历11月15)，祝自己生日快乐。同时也祝大家学习愉快~~

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