Redis最基础内容

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一、Redis简介

1、特点：

• Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。
• Redis不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储。
• Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。

2、优势

• **性能极高：**Redis能读的速度是110000次/s,写的速度是81000次/s 。
• **丰富的数据类型：**Redis支持二进制案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 数据类型操作。
• **原子：**Redis的所有操作都是原子性的，意思就是要么成功执行要么失败完全不执行。单个操作是原子性的。多个操作也支持事务，即原子性，通过MULTI和EXEC指令包起来。
• **丰富的特性：**Redis还支持 publish/subscribe(发布订阅), 通知, key 过期等等特性。

二、启动Redis

启动Redis：

redis-cli

实用配置文件启动

./redis-cli redis.conf

远程连接Redis

redis-cli -h host -p port -a password

校验Redis服务器是否可用ping

ping

三、数据类型

0、通用命令

• KEYS：查看符合模板的所有key
• DEL：删除一个指定的key
• EXISTS：判断key是否存在
• EXPIRE：给一个key设置有效期，有效期到期时该key会被自动删除
• TTL：查看一个KEY的剩余有效期

1、String(字符串)

Redis的key的格式：

[项目名]:[业务名]:[类型]:[id]

String类型，也就是字符串类型，是Redis中最简单的存储类型。其value是字符串，不过根据字符串的格式不同，又可以分为3类：

• string：普通字符串
• int：整数类型，可以做自增、自减操作
• float：浮点类型，可以做自增、自减操作

不管是哪种格式，底层都是字节数组形式存储，只不过是编码方式不同。字符串类型的最大空间不能超过512m。

常用命令：

• SET：添加或者修改已经存在的一个String类型的键值对
• GET：根据key获取String类型的value
• MSET：批量添加多个String类型的键值对
• MGET：根据多个key获取多个String类型的value
• INCR：让一个整型的key自增1
• INCRBY:让一个整型的key自增并指定步长，例如：incrby num 2 让num值自增2
• INCRBYFLOAT：让一个浮点类型的数字自增并指定步长
• SETNX：添加一个String类型的键值对，前提是这个key不存在，否则不执行
• SETEX：添加一个String类型的键值对，并且指定有效期

127.0.0.1:6379> SET runoob "菜鸟教程"
OK
127.0.0.1:6379> GET runoob
"\xe8\x8f\x9c\xe9\xb8\x9f\xe6\x95\x99\xe7\xa8\x8b"

2、Hash类型

Redis hash 是一个键值(key=>value)对集合。

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。

Hash类型，也叫散列，其value是一个无序字典，类似于Java中的HashMap结构。

String结构是将对象序列化为JSON字符串后存储，当需要修改对象某个字段时很不方便：

Hash结构可以将对象中的每个字段独立存储，可以针对单个字段做CRUD：

Hash的常见命令有：

• HSET key field value：添加或者修改hash类型key的field的值
• HGET key field：获取一个hash类型key的field的值
• HMSET：批量添加多个hash类型key的field的值
• HMGET：批量获取多个hash类型key的field的值
• HGETALL：获取一个hash类型的key中的所有的field和value
• HKEYS：获取一个hash类型的key中的所有的field
• HVALS：获取一个hash类型的key中的所有的value
• HINCRBY:让一个hash类型key的字段值自增并指定步长
• HSETNX：添加一个hash类型的key的field值，前提是这个field不存在，否则不执行

127.0.0.1:6379> hmset test test01 "hello" test02 "world"
OK
127.0.0.1:6379> hget test test01
"hello"
127.0.0.1:6379> hget test test02
"world"

3、List类型

• 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）。
• 列表最多可存储 232 - 1 元素 (4294967295, 每个列表可存储40多亿)。

Redis中的List类型与Java中的LinkedList类似，可以看做是一个双向链表结构。既可以支持正向检索和也可以支持反向检索。

特征也与LinkedList类似：

• 有序
• 元素可以重复
• 插入和删除快
• 查询速度一般

常用来存储一个有序数据，例如：朋友圈点赞列表，评论列表等。

List的常见命令有：

• LPUSH key element … ：向列表左侧插入一个或多个元素
• LPOP key：移除并返回列表左侧的第一个元素，没有则返回nil
• RPUSH key element … ：向列表右侧插入一个或多个元素
• RPOP key：移除并返回列表右侧的第一个元素
• LRANGE key star end：返回一段角标范围内的所有元素
• BLPOP和BRPOP：与LPOP和RPOP类似，只不过在没有元素时等待指定时间，而不是直接返回nil

127.0.0.1:6379> lpush my_list redis
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lpush my_list hello
(integer) 2
127.0.0.1:6379> lpush my_list word
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lrange my_list 0 10
1) "word"
2) "hello"
3) "redis"
127.0.0.1:6379> 

4、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)。
• 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)。

String的常见命令有：

• SADD key member … ：向set中添加一个或多个元素
• SREM key member … : 移除set中的指定元素
• SCARD key： 返回set中元素的个数
• SISMEMBER key member：判断一个元素是否存在于set中
• SMEMBERS：获取set中的所有元素
• SINTER key1 key2 … ：求key1与key2的交集
• SDIFF key1 key2 … ：求key1与key2的差集
• SUNION key1 key2 …：求key1和key2的并集

127.0.0.1:6379> sadd my_set redis
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd my_set hello
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd my_set world
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd my_set world
(integer) 0
127.0.0.1:6379> smembers my_set
1) "hello"
2) "redis"
3) "world"
127.0.0.1:6379> 

5、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。

Redis的SortedSet是一个可排序的set集合，与Java中的TreeSet有些类似，但底层数据结构却差别很大。SortedSet中的每一个元素都带有一个score属性，可以基于score属性对元素排序，底层的实现是一个跳表（SkipList）加 hash表。

SortedSet具备下列特性：

• 可排序
• 元素不重复
• 查询速度快

因为SortedSet的可排序特性，经常被用来实现排行榜这样的功能。

SortedSet的常见命令有：

• ZADD key score member：添加一个或多个元素到sorted set ，如果已经存在则更新其score值
• ZREM key member：删除sorted set中的一个指定元素
• ZSCORE key member : 获取sorted set中的指定元素的score值
• ZRANK key member：获取sorted set 中的指定元素的排名
• ZCARD key：获取sorted set中的元素个数
• ZCOUNT key min max：统计score值在给定范围内的所有元素的个数
• ZINCRBY key increment member：让sorted set中的指定元素自增，步长为指定的increment值
• ZRANGE key min max：按照score排序后，获取指定排名范围内的元素
• ZRANGEBYSCORE key min max：按照score排序后，获取指定score范围内的元素
• ZDIFF、ZINTER、ZUNION：求差集、交集、并集
  注意：所有的排名默认都是升序，如果要降序则在命令的Z后面添加REV即可

127.0.0.1:6379> zadd my_zset 0 set01
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd my_zset 10 set02
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd my_zset 20 set03
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd my_zset 30 set04
(integer) 1

127.0.0.1:6379> zrangebyscore my_zset 0 1000
1) "set01"
2) "set02"
3) "set03"
4) "set04"
127.0.0.1:6379> 

6、各个数据类型使用场景

tring(字符串)	二进制安全	可以包含任何数据,比如jpg图片或者序列化的对象,一个键最大能存储512M	—
Hash(字典)	键值对集合,即编程语言中的Map类型	适合存储对象,并且可以像数据库中update一个属性一样只修改某一项属性值(Memcached中需要取出整个字符串反序列化成对象修改完再序列化存回去)	存储、读取、修改用户属性
List(列表)	链表(双向链表)	增删快,提供了操作某一段元素的API	1,最新消息排行等功能(比如朋友圈的时间线) 2,消息队列
Set(集合)	哈希表实现,元素不重复	1、添加、删除,查找的复杂度都是O(1)。 2、为集合提供了求交集、并集、差集等操作	1、共同好友。 2、利用唯一性,统计访问网站的所有独立ip。 3、好友推荐时,根据tag求交集,大于某个阈值就可以推荐
Sorted Set(有序集合)	将Set中的元素增加一个权重参数score,元素按score有序排列	数据插入集合时,已经进行天然排序	1、排行榜 2、带权重的消息队列

四、SpringDataRedis

SpringData是Spring中数据操作的模块，包含对各种数据库的集成，其中对Redis的集成模块就叫做SpringDataRedis，官网地址：https://spring.io/projects/spring-data-redis
提供了对不同Redis客户端的整合（Lettuce和Jedis）
提供了RedisTemplate统一API来操作Redis

• 支持Redis的发布订阅模型
• 支持Redis哨兵和Redis集群
• 支持基于Lettuce的响应式编程
• 支持基于JDK、JSON、字符串、Spring对象的数据序列化及反序列化
• 支持基于Redis的JDKCollection实现

1、RedisTemplate简单介绍

SpringDataRedis中提供了RedisTemplate工具类，其中封装了各种对Redis的操作。

并且将不同数据类型的操作API封装到了不同的类型中：

API	返回值类型	说明
redisTemplate.opsForValue()	ValueOperations	操作String类型数据
redisTemplate.opsForHash()	HashOperations	操作Hash类型数据
redisTemplate.opsForList()	ListOperations	操作List类型数据
redisTemplate.opsForSet()	SetOperations	操作Set类型数据
redisTemplate.opsForZSet()	ZSetOperations	操作SortedSet类型数据
redisTemplate		通用的命令

2、代码配置

1.pom.xml配置

<!--Redis依赖-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<!--连接池依赖-->
<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-pool2</artifactId>
</dependency>

2.配置文件(application.Properties)

spring.redis.host=192.168.150.101
spring.redis.port=6379
spring.redis.password=123321
spring.redis.lettuce.pool.max-active=8	# 最大连接数
spring.redis.lettuce.pool.max-idle=8	# 最大空闲连接
spring.redis.lettuce.pool.min-idle=0	# 最小空闲连接
spring.redis.lettuce.pool.max-wait=100	# 连接等待时间

3.具体代码

@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;

@SpringBootTest
public class RedisTest {
    
    
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;
    @Test
    void testString() {
    
    
        // 插入一条string类型数据
        redisTemplate.opsForValue().set("name", "李四");
      	// 读取一条string类型数据
        Object name = redisTemplate.opsForValue().get("name");
        System.out.println("name = " + name);
    }
}

3、序列化方式

3.1 序列化代码

1.StringRedisSerializer

@Bean(name = "redisTemplate")
@SuppressWarnings("unchecked")
@ConditionalOnMissingBean(name = "redisTemplate")
public RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
    
    
    RedisTemplate<Object, Object> template = new RedisTemplate<>();
    //使用fastjson序列化
    // value值的序列化采用fastJsonRedisSerializer
    template.setValueSerializer(new StringRedisSerializer());
    template.setHashValueSerializer(new StringRedisSerializer());
    // key的序列化采用StringRedisSerializer
    template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
    template.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());
    template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
    return template;
}

2.GenericJackson2JsonRedisSerializer

@Bean
public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) throws UnknownHostException {
    
    
    RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();    // 设置连接工厂
    redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);    // 设置序列化工具
    GenericJackson2JsonRedisSerializer jsonRedisSerializer = new GenericJackson2JsonRedisSerializer();
    // key和 hashKey采用 string序列化
    redisTemplate.setKeySerializer(RedisSerializer.string());
    redisTemplate.setHashKeySerializer(RedisSerializer.string());
    // value和 hashValue采用 JSON序列化
    redisTemplate.setValueSerializer(jsonRedisSerializer);
    redisTemplate.setHashValueSerializer(jsonRedisSerializer);
    return redisTemplate;
}

3.2 序列化问题

尽管JSON的序列化方式可以满足我们的需求，但依然存在一些问题，如图：

为了在反序列化时知道对象的类型，JSON序列化器会将类的class类型写入json结果中，存入Redis，会带来额外的内存开销。

4、StringRedisTemplate

为了节省内存空间，我们并不会使用JSON序列化器来处理value，而是统一使用String序列化器，要求只能存储String类型的key和value。当需要存储Java对象时，手动完成对象的序列化和反序列化。

Spring默认提供了一个StringRedisTemplate类，它的key和value的序列化方式默认就是String方式。省去了我们自定义RedisTemplate的过程：

@Autowired
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
// JSON工具
private static final ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
@Test
void testStringTemplate() throws JsonProcessingException {
    
    
    // 准备对象
    User user = new User("虎哥", 18);
  	// 手动序列化
    String json = mapper.writeValueAsString(user);
    // 写入一条数据到redis
    stringRedisTemplate.opsForValue().set("user:200", json);
    // 读取数据
    String val = stringRedisTemplate.opsForValue().get("user:200");
    // 反序列化
    User user1 = mapper.readValue(val, User.class);
    System.out.println("user1 = " + user1);
}

五、Redis分布式锁

1、set nx ex 方 式

基于Redis的分布式锁实现思路：

• 利用set nx ex获取锁，并设置过期时间，保存线程标示
• 释放锁时先判断线程标示是否与自己一致，一致则删除锁

特性：

• 利用set nx满足互斥性
• 利用set ex保证故障时锁依然能释放，避免死锁，提高安全性
• 利用Redis集群保证高可用和高并发特性

基于setnx实现的分布式锁存在下面的问题：

2、Redisson方式

六、Redis服务搭建

1、Redis单机版

2、Redis主从模式

4.2.1 特点

• 主节点(master)进行数据插入，从节点(slave)进行数据查询。
• 主节点宕机后，将不能再进行数据插入，只能进行查询。
• 使用主从模式时应注意matser节点的持久化操作，matser节点在未使用持久化的情况详情下如果宕机，并自动重新拉起服务，从服务器会出现丢失数据的情况。

4.2.3 配置文件解析

核心配置：

slaveof 121.5.193.35 6379

配置解析：

13	slaveof <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

实际配置文件（master）：

bind 0.0.0.0
# 端口号
port 6379
# 日志输出文件
logfile "6379.log"
# 指定存储数据文件名
dbfilename "dump-6379.rdb"
# 是否开启守护线程形式
daemonize yes
# 存储至本地数据库时是否压缩数据
rdbcompression yes

实际配置文件(cluster)：

bind 0.0.0.0
port 6380
logfile "6380.log"
dbfilename "dump-6380.rdb"
daemonize yes
rdbcompression yes
slaveof 121.5.193.35 6379

4.2.3 启动服务

启动Redis服务

./redis-server redis.conf

3、Redis哨兵模式

4、Redis集群模式

六、Redis常见问题

1、缓存穿透

缓存穿透是指客户端请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，这样缓存永远不会生效，这些请求都会打到数据库。

常见的解决方案有两种：

缓存空对象

优点：

• 实现简单，维护方便

缺点：

• 额外的内存消耗

• 可能造成短期的不一致

布隆过滤

优点：

• 内存占用较少，没有多余key

缺点：

• 实现复杂
• 存在误判可能

总结：

缓存穿透产生的原因是什么？

• 用户请求的数据在缓存中和数据库中都不存在，不断发起这样的请求，给数据库带来巨大压力

缓存穿透的解决方案有哪些？

• 缓存null值
• 布隆过滤
• 增强id的复杂度，避免被猜测id规律
• 做好数据的基础格式校验
• 加强用户权限校验
• 做好热点参数的限流

2、缓存雪崩

缓存雪崩是指在同一时段大量的缓存key同时失效或者Redis服务宕机，导致大量请求到达数据库，带来巨大压力。

解决方案：

• 给不同的Key的TTL添加随机值

• 利用Redis集群提高服务的可用性

• 给缓存业务添加降级限流策略

• 给业务添加多级缓存

3、缓存击穿

缓存击穿问题也叫热点Key问题，就是一个被高并发访问并且缓存重建业务较复杂的key突然失效了，无数的请求访问会在瞬间给数据库带来巨大的冲击。

常见的解决方案有两种：

• 互斥锁
• 逻辑过期

解决方式一：互斥锁

解决方式二：逻辑过期

优缺点：