[准备面试｜Redis]- 基础知识

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前言

本系列主要从基础知识，而后进阶，再逐步深入 Redis 的原理分析，以保证对 Redis 的学习深入浅出，学以致远并输出自己对 Redis 学习和了解的成果。本系列将划分四个部分：

基础知识
进阶知识
深入原理
常见面试题

基础知识

redis 是一个高性能、基于 Key-Value 的缓存与存储系统，通过提供多种键值数据类型来适应不同场景下的缓存与存储需求。

redis 的特性：

性能高、读写速率高
多样的数据类型：字符串类型、散列类型、列表类型、集合类型、有序集合类型等
原子性：所有操作都是原子性，无论单个操作还是多个操作（多个操作支持事务）都是原子性的
其他特性：集群、支持 public/subscrible ，通知，key 过期等特性

存储结构

redis 是一个基于键值对存储系统，属于 NoSQL 数据库。

所以 Redis 是以字典结构存储数据。其他应用通过 TCP 协议从字典中读写内容。类似：dict["key"] = "value"。所以说 Redis 支持多种数据类型，主要说的是 value 可支持的类型有多种：

字符串类型 string
散列类型 hash
列表类型 list
集合类型 set
有序集合类型 zset

以上五种是最基本的数据类型，其还支持BitMaps位图，Hyperloglogs基数统计 ，Geospatial 地理位置 这三种特殊的数据类型，可能平常很少使用。

基本类型

字符串类型 string

字符串类型是最基本的数据类型，它和你的开发语言中的字符串一样。value 可以是普通字符串，数字字符串，json 格式字符串等任何形式的字符串，只要是字符串都可以进行存储。

SET key value
GET key
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当为整数形式的字符串时，Redis 还支持使用命令 INCR/DECR，功能是将指定key的value数值进行+1/-1，并返回递增后的值。需要注意，当 key 不存在时则会先被初始化为 0，然后再执行递增操作。若非整数类型则将报错。

类似场景：计数器、文章访问量统计

INCR key // 递增
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当然还支持很多方法：append 追加，MSet 批量设置等等

列表类型 list

列白类型是存储一个有序的字符串列表，常用的操作就是向列表两端添加元素或者获取列表的某一个片段。

列表类型内部使用双向链表实现，所以可以向列表的两端添加元素

RPUSH/LPUSH KEY value[value..] // 从左边/右边向列表中PUSH值(一个或者多个)。
LRANGE key start end 获取list 起止元素（索引从左往右 递增）
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应用场景

消息队列
栈

散列类型 hash

Hash 类型的键值也是一种字典结构，其存储了字段和字段值的映射，但字段值只能是字符串，不支持其它的数据类型。Hash 类型适合存储对象。

使用

// 查询哈希表中是否存在某字段
HEXISTS key field
// 赋值
HSET KEY FIELD VALUE
HMSET KEY FIELD VALUE [FIELD VALUE] // 批量
// 获取 HGET 删除 HDEL 
// 其他语法
HSETNX KEY FIELD VALUE //字段不存在时才设置哈希字段的值
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应用场景

直接存储一个对象，如用户信息，文章数据

集合类型 set

一个集合中每个元素都是不同的，且没有顺序。类似一个数组一样，但每个元素只能是字符串类型。和列表区别在于列表是有序的，每个元素不一定唯一。

set 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)。

SADD key member1 [member2]  //向集合添加一个或多个成员
SMEMBERS key  // 返回集合中的所有成员
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应用场景

类似掘金文章的标签，可以使用集合类型存储

有序集合类型 zset

有序集合和集合 set 是一样，是string类型元素的集合，且不允许重复。但有序集合为集合中每个元素都关联一个double 类型的分数 score，通过 score 以保证集合的有序。

ZADD KEY score1 member1 【score2 member2】  //向有序集合添加一个或多个成员，或者更新已经存在成员的分数
ZRANGE key start end // 通过索引区间返回有序集合成指定区间内的成员
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有序集合和列表有些相似：

都是有序的
都可以获取某一范围的元素。

但，也有不同的地方：

列表是通过双向链表实现的，两端都可以进行读写操作。当数据量比较大时，读取中间部分数据就会变慢，适合实现新鲜事或日志，这样很少访问的元素
有序集合时使用 hash 表和跳表实现，所以读取中间数据丢失很快的
有序集合比列表更耗费内存
列表 list 无法简单调整某元素的位置，但有序集合可通过 score 调整顺序

其他类型

HyperLogLog 类型时用来做基数统计的算法。

应用场景：网页的访问量（UV），一个用户多次访问，也只能算作一个人。

GEO 类型主要用于存储地理位置信息，并对存储的信息进行操作

geoadd：添加地理位置的坐标。
geopos：获取地理位置的坐标。
geodist：计算两个位置之间的距离。
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BitMaps 位图：使用位存储，信息状态只有 0 和 1，Bitmap是一串连续的2进制数字（0或1），每一位所在的位置为偏移(offset)，在bitmap上可执行AND,OR,XOR,NOT以及其它位操作。
流类型 stream 。Redis 5.0 版本新增的类型。
- 流类型是对列表 list 类型的补充，所以其有列表类型的一些性质。但流类型仅在末尾追加内容。列表是可以在首部和中间插入内容
- 流类型另一个作用是可以作为消息队列使用

一道问答题

场景：实现一个访客列表，记录每个访客 IP 和 Agent等相关信息，并要求可以后续可以通过时间范围查询访客记录，如何设计使用缓存？

答：通过使用有序集合进行缓存，每次访客生成客户 Id 最为 key ，value 是访客的相关信息。有序集合每个 key 都有对应的 score ，将当前时间设置为score 。

这样每次查询时就可以使用 zrangebyscore 获取时间范围内的访客ID，再使用 HGetAll 获取对应的内容

参考资料：