Redis基础：从入门到核心数据结构解析
引言
在当今互联网时代，数据已经成为企业最宝贵的资产之一。随着业务规模的不断扩大，传统的关系型数据库在处理高并发、大数据量场景时逐渐显露出性能瓶颈。正是在这样的背景下，Redis作为一种高性能的内存键值数据库应运而生，并迅速成为开发者工具箱中不可或缺的重要组成部分。
Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的、基于内存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。由于其出色的性能和丰富的数据类型支持，Redis被广泛应用于各种场景，包括会话缓存、排行榜、消息队列等。本文将深入探讨Redis的基础知识，帮助读者全面理解这一强大的工具。
Redis概述与特性
什么是Redis
Redis是由Salvatore Sanfilippo开发的一个开源项目，最初发布于2009年。它是一个基于键值对的内存数据库，支持持久化到磁盘，提供多种数据结构类型，包括字符串、哈希、列表、集合、有序集合等。Redis的设计目标是在内存中提供快速的数据访问，同时通过持久化机制保证数据的可靠性。
Redis的主要特性
-
高性能：Redis将所有数据存储在内存中，读写速度极快，通常能达到每秒数十万次操作。
-
丰富的数据类型：支持字符串、列表、集合、有序集合、哈希、位图、HyperLogLogs等多种数据结构。
-
原子操作：所有Redis操作都是原子性的，这意味着多个客户端同时访问时不会出现数据竞争问题。
-
持久化支持：提供RDB和AOF两种持久化方式，可以根据需要选择合适的数据持久化策略。
-
发布/订阅功能：支持消息的发布和订阅，可以用作简单的消息队列系统。
-
事务支持：通过MULTI/EXEC命令支持事务操作，保证一系列命令的原子性执行。
-
Lua脚本：内置Lua脚本引擎，可以在服务器端执行复杂的操作。
-
高可用和分布式：通过Redis Sentinel提供高可用性，通过Redis Cluster提供自动分片功能。
Redis安装与配置
安装Redis
在Linux系统上安装Redis通常很简单。以Ubuntu为例，可以使用以下命令：
sudo apt update
sudo apt install redis-server安装完成后，Redis服务会自动启动。可以通过以下命令检查Redis服务状态：
sudo systemctl status redis-server基本配置
Redis的配置文件通常位于/etc/redis/redis.conf。以下是一些重要的配置项：
# 设置Redis监听的端口，默认为6379
port 6379
# 绑定IP地址，默认只监听本地连接
bind 127.0.0.1
# 设置密码认证
requirepass your_password
# 设置最大内存限制
maxmemory 256mb
# 设置内存达到上限后的策略
maxmemory-policy allkeys-lru
# 启用AOF持久化
appendonly yes
# AOF文件名称
appendfilename "appendonly.aof"启动和停止Redis
启动Redis服务：
sudo systemctl start redis-server停止Redis服务：
sudo systemctl stop redis-server重启Redis服务：
sudo systemctl restart redis-serverRedis数据结构详解
字符串（Strings）
字符串是Redis最基本的数据类型，一个键最多能存储512MB的数据。字符串类型支持丰富的操作命令：
# 设置键值对
SET key value
# 获取键对应的值
GET key
# 设置多个键值对
MSET key1 value1 key2 value2
# 获取多个键的值
MGET key1 key2
# 将键的值增加1
INCR key
# 将键的值增加指定的整数
INCRBY key increment
# 设置键的过期时间（秒）
EXPIRE key seconds字符串类型的应用场景包括缓存用户信息、计数器、分布式锁等。
列表（Lists）
列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。列表的最大长度为2^32-1个元素（超过40亿个元素）。
# 从左侧插入元素
LPUSH key value1 value2
# 从右侧插入元素
RPUSH key value1 value2
# 从左侧弹出元素
LPOP key
# 从右侧弹出元素
RPOP key
# 获取列表长度
LLEN key
# 获取指定范围的元素
LRANGE key start stop列表的应用场景包括消息队列、最新消息排行、记录用户操作日志等。
集合（Sets）
集合是字符串的无序集合，通过哈希表实现，添加、删除、查找的复杂度都是O(1)。集合中的元素是唯一的，不允许重复。
# 添加元素到集合
SADD key member1 member2
# 移除集合中的元素
SREM key member1
# 获取集合中的所有元素
SMEMBERS key
# 判断元素是否在集合中
SISMEMBER key member
# 获取集合的交集
SINTER key1 key2
# 获取集合的并集
SUNION key1 key2集合的应用场景包括标签系统、共同好友、抽奖活动等。
有序集合（Sorted Sets）
有序集合类似于集合，但每个元素都会关联一个分数（score），元素按分数排序。分数可以重复，但元素不能重复。
# 添加元素到有序集合
ZADD key score1 member1 score2 member2
# 按分数范围获取元素
ZRANGEBYSCORE key min max
# 按排名范围获取元素
ZRANGE key start stop
# 获取元素的排名
ZRANK key member
# 获取元素的分数
ZSCORE key member
# 获取有序集合的元素数量
ZCARD key有序集合的应用场景包括排行榜、带权重的消息队列、时间轴等。
哈希（Hashes）
哈希是字段和值的映射表，适合存储对象。
# 设置哈希字段的值
HSET key field value
# 获取哈希字段的值
HGET key field
# 设置多个哈希字段的值
HMSET key field1 value1 field2 value2
# 获取多个哈希字段的值
HMGET key field1 field2
# 获取所有字段和值
HGETALL key
# 删除字段
HDEL key field1 field2哈希的应用场景包括存储用户信息、商品信息等对象数据。
Redis持久化机制
RDB持久化
RDB（Redis Database）持久化通过在指定时间间隔内生成数据集的快照来工作。
优点：
- 性能较好，fork子进程进行持久化，主进程继续处理命令
- 适合大规模数据恢复
- 生成的文件紧凑，占用空间小
缺点：
- 可能会丢失最后一次快照后的数据
- 当数据量很大时，fork过程可能会耗时较长
配置RDB持久化：
# 900秒内至少有1个key被改变则进行快照
save 900 1
# 300秒内至少有10个key被改变则进行快照
save 300 10
# 60秒内至少有10000个key被改变则进行快照
save 60 10000
# RDB文件名称
dbfilename dump.rdb
# RDB文件存储目录
dir /var/lib/redisAOF持久化
AOF（Append Only File）持久化记录服务器执行的所有写操作命令，并在服务器启动时重新执行这些命令来还原数据集。
优点：
- 数据安全性更高，最多丢失1秒的数据
- AOF文件易于理解和解析
缺点：
- 文件体积通常比RDB文件大
- 根据使用的fsync策略，AOF可能比RDB慢
配置AOF持久化：
# 启用AOF持久化
appendonly yes
# AOF文件名称
appendfilename "appendonly.aof"
# fsync策略
# always: 每次写操作都同步
# everysec: 每秒同步一次（推荐）
# no: 由操作系统决定何时同步
appendfsync everysec
# 重写AOF文件时是否进行fsync
no-appendfsync-on-rewrite no
# 自动重写AOF文件的触发条件
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mbRedis事务处理
Redis通过MULTI、EXEC、DISCARD和WATCH命令支持事务。事务中的多个命令会被序列化并按顺序执行，执行过程中不会被其他客户端发送的命令打断。
基本事务操作
# 开始事务
MULTI
# 命令入队
SET key1 value1
SET key2 value2
GET key1
# 执行事务
EXEC使用WATCH实现乐观锁
WATCH命令用于监视一个或多个键，如果在事务执行之前这些键被其他命令改动，那么事务将被中断。
# 监视键key
WATCH key
# 开始事务
MULTI
# 修改键的值
SET key new_value
# 执行事务
# 如果在此期间key被其他客户端修改，EXEC将返回nil
EXEC事务的ACID特性
- 原子性：Redis事务是原子性的，所有命令要么全部执行，要么全部不执行
- 一致性：事务执行
评论框