【Redis】——Redis基础的数据结构以及应用场景

什么是redis数据库

• Redis 是一种基于内存的数据库，对数据的读写操作都是在内存中完成，因此读写速度非常快，常用于缓存，消息队列、分布式锁等场景。
• ，Redis 还支持 事务 、持久化、Lua 脚本、多种集群方案（主从复制模式、哨兵模式、切片机群模式）、发布/订阅模式，内存淘汰机制、过期删除机制
• Redis 应用非常广泛，如 Twitter、暴雪娱乐、Github、Stack Overflow、腾讯、阿里巴巴、京东、华为、新浪微博等，很多 中小型公司也在使用；

应用

• 记录朋友圈点赞数、评论数和点击数（hash)
• 记录朋友圈说说列表（排序），便于快速显示朋友圈（list)
• 记录文章的标题、摘要、作者和封面，用于列表页展示（hash)
• 记录朋友圈的点赞用户ID列表（list），评论ID列表（list），用 于显示和去重计数（zset）
• 缓存热点数据，减少数据库压力（hash）
• 如果朋友圈说说 ID 是整数 id，可使用 redis 来分配朋友圈说说 id（计数器）（string）
• 通过集合（set）的交并差集运算来实现记录好友关系（set） 游戏业务中，每局战绩存储（list)

Redis存储的结构

Redis 内部整体的存储结构是一个大的 HashMap，通过 key -value 的方式来存储组织数据的，key冲突通过 链表去实现，每个dictEntry为一个key/value对象，value为RedisObject。

所有的key值都是string类型。

key值的命名规范：

【推荐】Redis key命名需具有可读性以及可管理性，不该使用含义不清的key以及特别长的key名；

【强制】以英文字母开头，命名中只能出现 小写字母、数字、英文点号(.) 和 英文半角冒号(:)；

【强制】不要 包含 特殊字符，如下划线、空格、换行、单双引号以及其他转义字符；

 【强制】命名规范：业务模块名:业务逻辑含义:其他:value类型

例如：user:basic.info:{userid}:string

Redis中的value数据结构的类型？

Redis提供了丰富的数据类型，常见的有五种数据类型：String(字符串），Hash(哈希），List(列表），Set（集合）、Zset（有序集合）。

• string 是一个安全的二进制字符串；
• 双端队列 （链表）list：有序（插入有序）；
• 散列表 hash：对顺序不关注，field 是唯一的；
• 无序集合 set：对顺序不关注，里面的值都是唯一的；
• 有序集合 zset：对顺序是关注的，里面的值是唯一的；根据 member 来确定唯一；根据 score 来确定有序；

String

String是一种安全字符串。
什么安全字符串？

使用安全字符串的函数都不会是超出字符串缓冲区。

常用指令

//设置 key-value 类型的值
127.0.0.1:6379> set name sjp
OK
# 根据 key 获得对应的 value
127.0.0.1:6379> get name
"sjp"
# 判断某个 key 是否存在
127.0.0.1:6379> exists name
(integer) 1
# 返回 key 所储存的字符串值的长度
127.0.0.1:6379> strlen name
(integer) 3
# 删除某个 key 对应的值
127.0.0.1:6379> del name
(integer) 1#批量设置 key-value类型的值
127.0.0.1:6379> mset name:1001 sjp name:1002 lisi
OK
# 批量获取多个 key 对应的 value
127.0.0.1:6379> mget name:1001 name:1002
1) "sjp"
2) "lisi"

string的应用 

直接缓存整个对象的 JSON

命令例子： 

SET user:1 '{"name":"sjp", "age":18}'。

采用将 key 进行分离为 user:ID:属性，采用 MSET 存储，用 MGET 获取各属性值，命令例子： 

MSET user:1:name xiaolin user:1:age 18 user:2:name xiaomei user:2:age 20

计数器（字符串的内容为整数的时候可以使用）

# 设置 key-value 类型的值
127.0.0.1:6379> set count 1
OK
# 将 key 中储存的数字值增一
127.0.0.1:6379> incr count
(integer) 2
# 将key中存储的数字值加 10
127.0.0.1:6379> incrby count 100
(integer) 102
# 将 key 中储存的数字值减一
127.0.0.1:6379> decr count
(integer) 101
# 将key中存储的数字值键 10
127.0.0.1:6379> decrby count 10
(integer) 91

List

List 列表是双向链表实现，列表首尾操作（删除和增加）时间复杂度 O(1)；.查找中间元素时间复杂度为O(n)；

列表中数据是否压缩的依据：

1. 元素长度小于 48，不压缩；

2. 元素压缩前后长度差不超过 8，不压缩；

基础命令：

# 从队列的左侧入队一个或多个元素
LPUSH key value [value ...]
# 从队列的左侧弹出一个元素
LPOP key
# 从队列的右侧入队一个或多个元素
RPUSH key value [value ...]
# 从队列的右侧弹出一个元素
RPOP key 
# 返回从队列的 start 和 end 之间的元素 0, 1 2 负索引
LRANGE key start end
# 从存于 key 的列表里移除前 count 次出现的值为 value 的
元素
# list 没有去重功能   hash set zset
LREM key count value
# 它是 RPOP 的阻塞版本，因为这个命令会在给定list无法弹出
任何元素的时候阻塞连接
BRPOP key timeout  # 超时时间 + 延时队列

应用场景

栈

LPUSH + LPOP
# 或者
RPUSH + RPOP

队列

LPUSH + RPOP
# 或者
RPUSH + LPOP

消息队列

消息队列在存取消息时，必须要满足三个需求，分别是消息保序、处理重复的消息 和 保证消息可靠性。

• 生产者使用lpush往list集合中添加消息
• 消费者使用 brpop往list集合中获取消息 

 BRPOP命令也称为 阻塞式读取，客户端在 没有 读到队列数据时，自动阻塞，直到有新的数据写入队列，再开始读取新数据

2、消息队列如何处理重复的消息？

消费者要实现重复消息的判断，需要 2 个方面的要求：

• 每个消息都有一个全局的 ID。
• 消费者 要记录已经处理过的消息的 ID。当收到一条消息后，消费者程序就可以对比收到的消息 ID 和记录的已处理过的消息 ID，来判断当前收到的消息有没有经过处理。如果已经处理过，那么，消费者程序就不再进行处理了。

 List 并不会为每个消息生成 ID 号，所以我们需要自行为每个消息生成一个全局唯一ID，生成之后，我们在用 LPUSH 命令把消息插入 List 时，需要在消息中包含这个全局唯一 ID

3.消息队列如何保证消息的可靠性？

当消费者程序从 List 中读取一条消息后，List 就不会再留存这条消息了。所以，如果消费者程序在处理消息的过程出现了故障或宕机，就会导致消息没有处理完成，那么，消费者程序再次启动后，就没法再次从 List 中读取消息了。

，List 类型提供了 BRPOPLPUSH 命令，这个命令的 作用是让消费者程序从一个 List 中读取消息，同时，Redis 会把这个消息再插入到另一个 List（可以叫作备份 List）留存。

Hash

Hash 是一个键值对（key - value）集合，其中 value 的形式如： value=[{field1，value1}，...{fieldN，valueN}]。Hash 特别适合用于存储对象.

内部实现

Hash 类型的底层数据结构是由压缩列表或哈希表实现的：

如果 哈希类型元素个数小于 512 个（默认值，可由 hash-max-ziplist-entries 配置），所有值小于 64 字节（默认值，可由 hash-max-ziplist-value 配置）的话，Redis 会使用压缩列表作为 Hash 类型的底层数据结构。

基础命令

# 获取 key 对应 hash 中的 field 对应的值
HGET key field
# 设置 key 对应 hash 中的 field 对应的值
HSET key field value
# 设置多个hash键值对
HMSET key field1 value1 field2 value2 ... fieldn
valuen
# 获取多个field的值
HMGET key field1 field2 ... fieldn
# 给 key 对应 hash 中的 field 对应的值加一个整数值
HINCRBY key field increment
# 获取 key 对应的 hash 有多少个键值对
HLEN key
# 删除 key 对应的 hash 的键值对，该键为field
HDEL key field

应用

一般对象用 String + Json 存储，对象中某些频繁变化的属性可以考虑抽出来用 Hash 类型存储。

购物车

set

集合

Set 类型是一个 无序并唯一的键值集合，它的 存储顺序不会按照插入的先后顺序进行存储

一个集合最多可以存储 2^32-1 个元素。概念和数学中个的集合基本类似，可以交集，并集，差集等等。。

存储结构

元素都为 整数且节点数量小于等于 512（set-max-intsetentries），则使用整数数组存储；

元素当中有一个不是整数或者节点数量大于 512，则使用 字典存储； 

基础命令 

# 添加一个或多个指定的member元素到集合的 key中
SADD key member [member ...]
# 计算集合元素个数
SCARD key
# SMEMBERS key
SMEMBERS key
# 返回成员 member 是否是存储的集合 key的成员
SISMEMBER key member
# 随机返回key集合中的一个或者多个元素，不删除这些元素
SRANDMEMBER key [count]
# 从存储在key的集合中移除并返回一个或多个随机元素
SPOP key [count]
# 返回一个集合与给定集合的差集的元素SDIFF key [key ...]
# 返回指定所有的集合的成员的交集
SINTER key [key ...]
# 返回给定的多个集合的并集中的所有成员
SUNION key [key ...]

 set与list的区别

list可以存储重复元素，set只能存储非重复元素。

list是按照元素的插入的先后顺序进行存储，而set则是无序方式存储元素

应用

点赞

set可以保证一个用户只能点一个赞，例如，key是文章id，value是用户id

uid:1 、uid:2、uid:3 三个用户分别对 article:1 文章点赞了。

#uid:1 uid:2 uid:3 用户对文章 article:1 点赞 
127.0.0.1:6379> sadd article:1 uid:1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd article:1 uid:2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd article:1 uid:3
(integer) 1#获取 article:1 文章所有点赞用户 :
127.0.0.1:6379> smembers article:1
1) "uid:3"
2) "uid:2"
3) "uid:1"#获取 article:1 文章的点赞用户数量：
127.0.0.1:6379> scard article:1
(integer) 3

推荐好友

Set 类型支持交集运算，所以可以用来计算共同关注的好友、公众号等。

key 可以是用户id，value 则是好友

#插入A的好友
127.0.0.1:6379> sadd follow:A sjp king lisi
(integer) 3
#插入B的好友
127.0.0.1:6379> sadd follow:B chen lisi sjp
(integer) 3
#A不同于B的好友
127.0.0.1:6379> sdiff follow:A follow:B
1) "king"
#A与B的共同好友
127.0.0.1:6379> sinter follow:A follow:B
1) "sjp"
2) "lisi"

抽奖

key为抽奖活动名，value为员工名称，把所有员工名称放入抽奖箱

#添加抽奖人员
127.0.0.1:6379> sadd lucky A B C D E
(integer) 5#允许重复抽奖
127.0.0.1:6379> srandmember lucky 1
1) "C"
127.0.0.1:6379> srandmember lucky 2
1) "E"
2) "D"
127.0.0.1:6379> srandmember lucky 3
1) "B"
2) "C"
3) "A"#不重复抽奖
127.0.0.1:6379> spop lucky 1
1) "A"
127.0.0.1:6379> spop lucky 2
1) "D"
2) "E"

zset

Zset 类型（有序集合类型）相比于 Set 类型多了一个排序属性 score（分值），对于有序集合 

有序集合保留了集合不能有重复成员的特性（分值可以重复），但不同的是，有序集合中的元素可以排序。 zset 根据分值进行排序。

基础命令：

# 添加到键为key有序集合（sorted set）里面
ZADD key [NX|XX] [CH] [INCR] score member [score
member ...]
# 从键为key有序集合中删除 member 的键值对
ZREM key member [member ...]
# 返回有序集key中，成员member的score值
ZSCORE key member
# 为有序集key的成员member的score值加上增量increment
ZINCRBY key increment member
# 返回key的有序集元素个数
ZCARD key
# 返回有序集key中成员member的排名
ZRANK key member
# 返回存储在有序集合key中的指定范围的元素   order by id
limit 1,100
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]
# 返回有序集key中，指定区间内的成员(逆序)
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]

 应用场景

有序集合比较典型的使用场景就是排行榜。例如 学生成绩的排名榜、游戏积分排行榜、视频播放排名、电商系统中商品的销量排名等。