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基础

Redis 教程

REmote DIctionary Server(Redis) 是一个由 Salvatore Sanfilippo 写的 key-value 存储系统,是跨平台的非关系型数据库。

Redis 是一个开源的使用 ANSI C 语言编写、遵守 BSD 协议、支持网络、可基于内存、分布式、可选持久性的键值对(Key-Value)存储数据库,并提供多种语言的 API。

Redis 通常被称为数据结构服务器,因为值(value)可以是字符串(String)、哈希(Hash)、列表(list)、集合(sets)和有序集合(sorted sets)等类型。

谁适合阅读本教程?

本教程是为专业的程序开发人员,通过本教程你可以一步一步了解 Redis 的应用。

阅读本教程前,您需要了解的知识?

阅读本教程前,你需要了解基本的数据结构,例如以下几种:

  • String: 字符串
  • Hash: 散列
  • List: 列表
  • Set: 集合
  • Sorted Set: 有序集合

在阅读本教程前,你需要了解基本的数据结构。

相关资源

Redis 官网:https://redis.io/

源码地址:https://github.com/redis/redis

Redis 在线测试:http://try.redis.io/

Redis 命令参考:http://doc.redisfans.com/

Redis 简介

Redis(Remote Dictionary Server)是一个开源的内存数据库,遵守 BSD 协议,它提供了一个高性能的键值(key-value)存储系统,常用于缓存、消息队列、会话存储等应用场景。

  • 性能极高:Redis 以其极高的性能而著称,能够支持每秒数十万次的读写操作24。这使得Redis成为处理高并发请求的理想选择,尤其是在需要快速响应的场景中,如缓存、会话管理、排行榜等。
  • 丰富的数据类型:Redis 不仅支持基本的键值存储,还提供了丰富的数据类型,包括字符串、列表、集合、哈希表、有序集合等。这些数据类型为开发者提供了灵活的数据操作能力,使得Redis可以适应各种不同的应用场景。
  • 原子性操作:Redis 的所有操作都是原子性的,这意味着操作要么完全执行,要么完全不执行。这种特性对于确保数据的一致性和完整性至关重要,尤其是在高并发环境下处理事务时。
  • 持久化:Redis 支持数据的持久化,可以将内存中的数据保存到磁盘中,以便在系统重启后恢复数据。这为 Redis 提供了数据安全性,确保数据不会因为系统故障而丢失。
  • 支持发布/订阅模式:Redis 内置了发布/订阅模式(Pub/Sub),允许客户端之间通过消息传递进行通信。这使得 Redis 可以作为消息队列和实时数据传输的平台。
  • 单线程模型:尽管 Redis 是单线程的,但它通过高效的事件驱动模型来处理并发请求,确保了高性能和低延迟。单线程模型也简化了并发控制的复杂性。
  • 主从复制:Redis 支持主从复制,可以通过从节点来备份数据或分担读请求,提高数据的可用性和系统的伸缩性。
  • 应用场景广泛:Redis 被广泛应用于各种场景,包括但不限于缓存系统、会话存储、排行榜、实时分析、地理空间数据索引等。
  • 社区支持:Redis 拥有一个活跃的开发者社区,提供了大量的文档、教程和第三方库,这为开发者提供了强大的支持和丰富的资源。
  • 跨平台兼容性:Redis 可以在多种操作系统上运行,包括 Linux、macOS 和 Windows,这使得它能够在不同的技术栈中灵活部署。

Redis 与其他 key-value 存储有什么不同?

Redis 与其他 key-value 存储系统的主要区别在于其提供了丰富的数据类型、高性能的读写能力、原子性操作、持久化机制、以及丰富的特性集。

以下是 Redis 的一些独特之处:

  • 丰富的数据类型:Redis 不仅仅支持简单的 key-value 类型的数据,还提供了 list、set、zset(有序集合)、hash 等数据结构的存储。这些数据类型可以更好地满足特定的业务需求,使得 Redis 可以用于更广泛的应用场景。
  • 高性能的读写能力:Redis 能读的速度是 110000次/s,写的速度是 81000次/s。这种高性能主要得益于 Redis 将数据存储在内存中,从而显著提高了数据的访问速度。
  • 原子性操作:Redis 的所有操作都是原子性的,这意味着操作要么完全执行,要么完全不执行。这种特性对于确保数据的一致性和完整性非常重要。
  • 持久化机制:Redis 支持数据的持久化,可以将内存中的数据保存在磁盘中,以便在系统重启后能够再次加载使用。这为 Redis 提供了数据安全性,确保数据不会因为系统故障而丢失。
  • 丰富的特性集:Redis 还支持 publish/subscribe(发布/订阅)模式、通知、key 过期等高级特性。这些特性使得 Redis 可以用于消息队列、实时数据分析等复杂的应用场景。
  • 主从复制和高可用性:Redis 支持 master-slave 模式的数据备份,提供了数据的备份和主从复制功能,增强了数据的可用性和容错性。
  • 支持 Lua 脚本:Redis 支持使用 Lua 脚本来编写复杂的操作,这些脚本可以在服务器端执行,提供了更多的灵活性和强大的功能。
  • 单线程模型:尽管 Redis 是单线程的,但它通过高效的事件驱动模型来处理并发请求,确保了高性能和低延迟。

Redis 安装

Windows 下安装

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

Redis 支持 32 位和 64 位。这个需要根据你系统平台的实际情况选择,这里我们下载 Redis-x64-xxx.zip压缩包到 C 盘,解压后,将文件夹重新命名为 redis

img

打开文件夹,内容如下:

img

打开一个 cmd 窗口 使用 cd 命令切换目录到 C:\redis 运行:

redis-server.exe redis.windows.conf

如果想方便的话,可以把 redis 的路径加到系统的环境变量里,这样就省得再输路径了,后面的那个 redis.windows.conf 可以省略,如果省略,会启用默认的。输入之后,会显示如下界面:

Redis 安装

这时候另启一个 cmd 窗口,原来的不要关闭,不然就无法访问服务端了。

切换到 redis 目录下运行:

redis-cli.exe -h 127.0.0.1 -p 6379

设置键值对:

set myKey abc

取出键值对:

get myKey

Redis 安装

Linux 源码安装

下载地址http://redis.io/download,下载最新稳定版本。

本教程使用的最新文档版本为 2.8.17,下载并安装:

## wget http://download.redis.io/releases/redis-6.0.8.tar.gz
## tar -xzvf redis-6.0.8.tar.gz
## cd redis-6.0.8
## make

执行完 make 命令后,redis-6.0.8 的 src 目录下会出现编译后的 redis 服务程序 redis-server,还有用于测试的客户端程序 redis-cli:

下面启动 redis 服务:

## cd src
## ./redis-server

注意这种方式启动 redis 使用的是默认配置。也可以通过启动参数告诉 redis 使用指定配置文件使用下面命令启动。

## cd src
## ./redis-server ../redis.conf

redis.conf 是一个默认的配置文件。我们可以根据需要使用自己的配置文件。

启动 redis 服务进程后,就可以使用测试客户端程序 redis-cli 和 redis 服务交互了。 比如:

## cd src
## ./redis-cli
redis> set foo bar
OK
redis> get foo
"bar"

Ubuntu apt 命令安装

在 Ubuntu 系统安装 Redis 可以使用以下命令:

## sudo apt update
## sudo apt install redis-server

启动 Redis

## redis-server

查看 redis 是否启动?

## redis-cli

以上命令将打开以下终端:

redis 127.0.0.1:6379>

127.0.0.1 是本机 IP ,6379 是 redis 服务端口。现在我们输入 PING 命令。

redis 127.0.0.1:6379> ping
PONG

以上说明我们已经成功安装了redis。

Redis 配置

Redis 的配置文件位于 Redis 安装目录下,文件名为 redis.conf(Windows 名为 redis.windows.conf)。

你可以通过 CONFIG 命令查看或设置配置项。

语法Redis CONFIG 命令格式如下:redis 127.0.0.1:6379> CONFIG GET CONFIG_SETTING_NAME

实例

redis 127.0.0.1:6379> CONFIG GET loglevel

1) "loglevel"
2) "notice"

使用 ***** 号获取所有配置项:

实例

redis 127.0.0.1:6379> CONFIG GET *

  1) "dbfilename"
  2) "dump.rdb"
  3) "requirepass"
  4) ""
  5) "masterauth"
  6) ""
  7) "unixsocket"
  8) ""
  9) "logfile"
 10) ""
 11) "pidfile"
 12) "/var/run/redis.pid"
 13) "maxmemory"
 14) "0"
 15) "maxmemory-samples"
 16) "3"
 17) "timeout"
 18) "0"
 19) "tcp-keepalive"
 20) "0"
 21) "auto-aof-rewrite-percentage"
 22) "100"
 23) "auto-aof-rewrite-min-size"
 24) "67108864"
 25) "hash-max-ziplist-entries"
 26) "512"
 27) "hash-max-ziplist-value"
 28) "64"
 29) "list-max-ziplist-entries"
 30) "512"
 31) "list-max-ziplist-value"
 32) "64"
 33) "set-max-intset-entries"
 34) "512"
 35) "zset-max-ziplist-entries"
 36) "128"
 37) "zset-max-ziplist-value"
 38) "64"
 39) "hll-sparse-max-bytes"
 40) "3000"
 41) "lua-time-limit"
 42) "5000"
 43) "slowlog-log-slower-than"
 44) "10000"
 45) "latency-monitor-threshold"
 46) "0"
 47) "slowlog-max-len"
 48) "128"
 49) "port"
 50) "6379"
 51) "tcp-backlog"
 52) "511"
 53) "databases"
 54) "16"
 55) "repl-ping-slave-period"
 56) "10"
 57) "repl-timeout"
 58) "60"
 59) "repl-backlog-size"
 60) "1048576"
 61) "repl-backlog-ttl"
 62) "3600"
 63) "maxclients"
 64) "4064"
 65) "watchdog-period"
 66) "0"
 67) "slave-priority"
 68) "100"
 69) "min-slaves-to-write"
 70) "0"
 71) "min-slaves-max-lag"
 72) "10"
 73) "hz"
 74) "10"
 75) "no-appendfsync-on-rewrite"
 76) "no"
 77) "slave-serve-stale-data"
 78) "yes"
 79) "slave-read-only"
 80) "yes"
 81) "stop-writes-on-bgsave-error"
 82) "yes"
 83) "daemonize"
 84) "no"
 85) "rdbcompression"
 86) "yes"
 87) "rdbchecksum"
 88) "yes"
 89) "activerehashing"
 90) "yes"
 91) "repl-disable-tcp-nodelay"
 92) "no"
 93) "aof-rewrite-incremental-fsync"
 94) "yes"
 95) "appendonly"
 96) "no"
 97) "dir"
 98) "/home/deepak/Downloads/redis-2.8.13/src"
 99) "maxmemory-policy"
100) "volatile-lru"
101) "appendfsync"
102) "everysec"
103) "save"
104) "3600 1 300 100 60 10000"
105) "loglevel"
106) "notice"
107) "client-output-buffer-limit"
108) "normal 0 0 0 slave 268435456 67108864 60 pubsub 33554432 8388608 60"
109) "unixsocketperm"
110) "0"
111) "slaveof"
112) ""
113) "notify-keyspace-events"
114) ""
115) "bind"
116) ""

编辑配置

你可以通过修改 redis.conf 文件或使用 CONFIG set 命令来修改配置。

语法

CONFIG SET 命令基本语法:

redis 127.0.0.1:6379> CONFIG SET CONFIG_SETTING_NAME NEW_CONFIG_VALUE

实例

redis 127.0.0.1:6379> CONFIG SET loglevel "notice"
OK
redis 127.0.0.1:6379> CONFIG GET loglevel

1) "loglevel"
2) "notice"

参数说明

redis.conf 配置项说明如下:

序号配置项说明
1daemonize noRedis 默认不是以守护进程的方式运行,可以通过该配置项修改,使用 yes 启用守护进程(Windows 不支持守护线程的配置为 no )
2pidfile /var/run/redis.pid当 Redis 以守护进程方式运行时,Redis 默认会把 pid 写入 /var/run/redis.pid 文件,可以通过 pidfile 指定
3port 6379指定 Redis 监听端口,默认端口为 6379,作者在自己的一篇博文中解释了为什么选用 6379 作为默认端口,因为 6379 在手机按键上 MERZ 对应的号码,而 MERZ 取自意大利歌女 Alessia Merz 的名字
4bind 127.0.0.1绑定的主机地址
5timeout 300当客户端闲置多长秒后关闭连接,如果指定为 0 ,表示关闭该功能
6loglevel notice指定日志记录级别,Redis 总共支持四个级别:debug、verbose、notice、warning,默认为 notice
7logfile stdout日志记录方式,默认为标准输出,如果配置 Redis 为守护进程方式运行,而这里又配置为日志记录方式为标准输出,则日志将会发送给 /dev/null
8databases 16设置数据库的数量,默认数据库为0,可以使用SELECT 命令在连接上指定数据库id
9save <seconds> <changes>Redis 默认配置文件中提供了三个条件**:save 900 1save 300 10save 60 10000**分别表示 900 秒(15 分钟)内有 1 个更改,300 秒(5 分钟)内有 10 个更改以及 60 秒内有 10000 个更改。指定在多长时间内,有多少次更新操作,就将数据同步到数据文件,可以多个条件配合
10rdbcompression yes指定存储至本地数据库时是否压缩数据,默认为 yes,Redis 采用 LZF 压缩,如果为了节省 CPU 时间,可以关闭该选项,但会导致数据库文件变的巨大
11dbfilename dump.rdb指定本地数据库文件名,默认值为 dump.rdb
12dir ./指定本地数据库存放目录
13slaveof <masterip> <masterport>设置当本机为 slave 服务时,设置 master 服务的 IP 地址及端口,在 Redis 启动时,它会自动从 master 进行数据同步
14masterauth <master-password>当 master 服务设置了密码保护时,slave 服务连接 master 的密码
15requirepass foobared设置 Redis 连接密码,如果配置了连接密码,客户端在连接 Redis 时需要通过 AUTH <password> 命令提供密码,默认关闭
16 maxclients 128设置同一时间最大客户端连接数,默认无限制,Redis 可以同时打开的客户端连接数为 Redis 进程可以打开的最大文件描述符数,如果设置 maxclients 0,表示不作限制。当客户端连接数到达限制时,Redis 会关闭新的连接并向客户端返回 max number of clients reached 错误信息
17maxmemory <bytes>指定 Redis 最大内存限制,Redis 在启动时会把数据加载到内存中,达到最大内存后,Redis 会先尝试清除已到期或即将到期的 Key,当此方法处理 后,仍然到达最大内存设置,将无法再进行写入操作,但仍然可以进行读取操作。Redis 新的 vm 机制,会把 Key 存放内存,Value 会存放在 swap 区
18appendonly no指定是否在每次更新操作后进行日志记录,Redis 在默认情况下是异步的把数据写入磁盘,如果不开启,可能会在断电时导致一段时间内的数据丢失。因为 redis 本身同步数据文件是按上面 save 条件来同步的,所以有的数据会在一段时间内只存在于内存中。默认为 no
19appendfilename appendonly.aof指定更新日志文件名,默认为 appendonly.aof
20appendfsync everysec指定更新日志条件,共有 3 个可选值**:no**:表示等操作系统进行数据缓存同步到磁盘(快)always:表示每次更新操作后手动调用 fsync() 将数据写到磁盘(慢,安全)everysec:表示每秒同步一次(折中,默认值)
21vm-enabled no指定是否启用虚拟内存机制,默认值为 no,简单的介绍一下,VM 机制将数据分页存放,由 Redis 将访问量较少的页即冷数据 swap 到磁盘上,访问多的页面由磁盘自动换出到内存中(在后面的文章我会仔细分析 Redis 的 VM 机制)
22vm-swap-file /tmp/redis.swap虚拟内存文件路径,默认值为 /tmp/redis.swap,不可多个 Redis 实例共享
23vm-max-memory 0将所有大于 vm-max-memory 的数据存入虚拟内存,无论 vm-max-memory 设置多小,所有索引数据都是内存存储的(Redis 的索引数据 就是 keys),也就是说,当 vm-max-memory 设置为 0 的时候,其实是所有 value 都存在于磁盘。默认值为 0
24vm-page-size 32Redis swap 文件分成了很多的 page,一个对象可以保存在多个 page 上面,但一个 page 上不能被多个对象共享,vm-page-size 是要根据存储的 数据大小来设定的,作者建议如果存储很多小对象,page 大小最好设置为 32 或者 64bytes;如果存储很大大对象,则可以使用更大的 page,如果不确定,就使用默认值
25vm-pages 134217728设置 swap 文件中的 page 数量,由于页表(一种表示页面空闲或使用的 bitmap)是在放在内存中的,,在磁盘上每 8 个 pages 将消耗 1byte 的内存。
26vm-max-threads 4设置访问swap文件的线程数,最好不要超过机器的核数,如果设置为0,那么所有对swap文件的操作都是串行的,可能会造成比较长时间的延迟。默认值为4
27glueoutputbuf yes设置在向客户端应答时,是否把较小的包合并为一个包发送,默认为开启
28hash-max-zipmap-entries 64 hash-max-zipmap-value 512指定在超过一定的数量或者最大的元素超过某一临界值时,采用一种特殊的哈希算法
29activerehashing yes指定是否激活重置哈希,默认为开启(后面在介绍 Redis 的哈希算法时具体介绍)
30include /path/to/local.conf指定包含其它的配置文件,可以在同一主机上多个Redis实例之间使用同一份配置文件,而同时各个实例又拥有自己的特定配置文件

Redis 数据类型

Redis 主要支持以下几种数据类型:

  • string(字符串): 基本的数据存储单元,可以存储字符串、整数或者浮点数。
  • hash(哈希):一个键值对集合,可以存储多个字段。
  • list(列表):一个简单的列表,可以存储一系列的字符串元素。
  • set(集合):一个无序集合,可以存储不重复的字符串元素。
  • zset(sorted set:有序集合): 类似于集合,但是每个元素都有一个分数(score)与之关联。
  • 位图(Bitmaps):基于字符串类型,可以对每个位进行操作。
  • 超日志(HyperLogLogs):用于基数统计,可以估算集合中的唯一元素数量。
  • 地理空间(Geospatial):用于存储地理位置信息。
  • 发布/订阅(Pub/Sub):一种消息通信模式,允许客户端订阅消息通道,并接收发布到该通道的消息。
  • 流(Streams):用于消息队列和日志存储,支持消息的持久化和时间排序。
  • 模块(Modules):Redis 支持动态加载模块,可以扩展 Redis 的功能。

String(字符串)

string 是 redis 最基本的类型,你可以理解成与 Memcached 一模一样的类型,一个 key 对应一个 value。

string 类型是二进制安全的。意思是 redis 的 string 可以包含任何数据,比如jpg图片或者序列化的对象。

string 类型是 Redis 最基本的数据类型,string 类型的值最大能存储 512MB。

常用命令

  • SET key value:设置键的值。
  • GET key:获取键的值。
  • INCR key:将键的值加 1。
  • DECR key:将键的值减 1。
  • APPEND key value:将值追加到键的值之后。

实例

redis 127.0.0.1:6379> SET runoob "菜鸟教程"
OK
redis 127.0.0.1:6379> GET runoob
"菜鸟教程"

在以上实例中我们使用了 Redis 的 SETGET 命令。键为 runoob,对应的值为 菜鸟教程

注意:一个键最大能存储 512MB。

Hash(哈希)

Redis hash 是一个键值(key=>value)对集合,类似于一个小型的 NoSQL 数据库。

Redis hash 是一个 string 类型的 field 和 value 的映射表,hash 特别适合用于存储对象。

每个哈希最多可以存储 2^32 - 1 个键值对。

  • 常用命令

  • HSET key field value:设置哈希表中字段的值。

  • HGET key field:获取哈希表中字段的值。

  • HGETALL key:获取哈希表中所有字段和值。

  • HDEL key field:删除哈希表中的一个或多个字段。

实例

DEL runoob 用于删除前面测试用过的 key,不然会报错**:(error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value**

img

redis 127.0.0.1:6379> DEL runoob
redis 127.0.0.1:6379> HMSET runoob field1 "Hello" field2 "World"
"OK"
redis 127.0.0.1:6379> HGET runoob field1
"Hello"
redis 127.0.0.1:6379> HGET runoob field2
"World"

实例中我们使用了 Redis HMSET, HGET 命令,HMSET 设置了两个 field=>value 对, HGET 获取对应 field 对应的 value

List(列表)

Redis 列表是简单的字符串列表,按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部(左边)或者尾部(右边)。

列表最多可以存储 2^32 - 1 个元素。

常用命令

  • LPUSH key value:将值插入到列表头部。
  • RPUSH key value:将值插入到列表尾部。
  • LPOP key:移出并获取列表的第一个元素。
  • RPOP key:移出并获取列表的最后一个元素。
  • LRANGE key start stop:获取列表在指定范围内的元素。

实例

redis 127.0.0.1:6379> DEL runoob
redis 127.0.0.1:6379> lpush runoob redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> lpush runoob mongodb
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> lpush runoob rabbitmq
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> lrange runoob 0 10
1) "rabbitmq"
2) "mongodb"
3) "redis"
redis 127.0.0.1:6379>

Set(集合)

Redis 的 Set 是 string 类型的无序集合。

集合是通过哈希表实现的,所以添加,删除,查找的复杂度都是 O(1)。

常用命令

  • SADD key value:向集合添加一个或多个成员。
  • SREM key value:移除集合中的一个或多个成员。
  • SMEMBERS key:返回集合中的所有成员。
  • SISMEMBER key value:判断值是否是集合的成员。

sadd 命令

添加一个 string 元素到 key 对应的 set 集合中,成功返回 1,如果元素已经在集合中返回 0。

sadd key member

实例

redis 127.0.0.1:6379> DEL runoob
redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob rabbitmq
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob rabbitmq
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> smembers runoob

1) "redis"
2) "rabbitmq"
3) "mongodb"

注意:以上实例中 rabbitmq 添加了两次,但根据集合内元素的唯一性,第二次插入的元素将被忽略。

集合中最大的成员数为 232 - 1(4294967295, 每个集合可存储40多亿个成员)。

zset(sorted set:有序集合)

Redis zset 和 set 一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员。

不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。

zset的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。

常用命令

  • ZADD key score value:向有序集合添加一个或多个成员,或更新已存在成员的分数。
  • ZRANGE key start stop [WITHSCORES]:返回指定范围内的成员。
  • ZREM key value:移除有序集合中的一个或多个成员。
  • ZSCORE key value:返回有序集合中,成员的分数值。

zadd 命令

添加元素到集合,元素在集合中存在则更新对应score

zadd key score member

实例

redis 127.0.0.1:6379> DEL runoob
redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 rabbitmq
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 rabbitmq
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE runoob 0 1000
1) "mongodb"
2) "rabbitmq"
3) "redis"

其他高级数据类似

HyperLogLog

  • 用于基数估计算法的数据结构。
  • 常用于统计唯一值的近似值。

Bitmaps

  • 位数组,可以对字符串进行位操作。
  • 常用于实现布隆过滤器等位操作。

Geospatial Indexes

  • 处理地理空间数据,支持地理空间索引和半径查询。

    • Streams

      • 日志数据类型,支持时间序列数据。
      • 用于消息队列和实时数据处理。