第2章 API的理解和使用

理解Redis提供的5种数据结构，以及一些全局命令。

1. 预备

1.1 全局命令

1. 查看所有键：
   key 复杂度O(n)，遍历所有键
2. 键总数
   dbsize 获取键总数，时间复杂度O(1)
3. 检查键是否存在
   exits key 存在返回1，不存在返回0
4. 删除键
   del key [key ...] 支持删除多个键
5. 键过期
   expire key seconds 对键添加过期时间，超过过期时间后，会自动删除键
   ttl keyttl命令返回键的剩余过期时间/-1无过期时间/-2键不存在
6. 键的数据结构类型
   type key 返回键的类型：string, hash, list, set, zset(有序集合)

1.2 数据结构和内部编码

Redis对每种数据结构都有两种以上的内部编码实现，合适场景选择合适的内部编码，例如list数据结构包含了linkedlist和ziplist两种内部编码，同时有些内部编码，例如ziplist可以作为多种外部数据结构的内部实现。

Redis的5种数据结构.jpg
Redis数据结构和内部编码.jpg

好处：

1. 可以改变内部编码
2. 多种内部编码在不同场景下发挥优势

1.3 单线程架构

Redis使用单线程架构和I/O多路复用模型来实现高性能的内存数据库服务。

1. 单线程队列模型，不存在多个命令同时执行
2. 速度这么快？
   • 纯内存访问
   • 非阻塞I/O
   • 单线程避免了线程切换和竞态消耗

2. 字符串

字符串类型的值实际可以是字符串、数字、甚至二进制（最大不超过512MB）。

字符串数据结构.jpg

2.1 命令

设置值

set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx | xx]

ex seconds：秒级过期时间
px milliseconds：毫秒级过期时间
nx：键必须不存在，才可以设置成功，用于添加
xx：与nx相反，键必须存在，用于更新

获取值

get key

批量设置值

mset key value [key value ...]

批量获取值

mget key [key ...]

批量的好处在于，可以避免网络成为性能的瓶颈，提高业务处理效率

计数

incr key

incr命令用于对值做自增操作，返回结果分为三种：

• 值不是整数，错误
• 值是整数，返回自增后结果
• 键不存在，按照值为0，自增后返回1

追加值

append key value

向字符串尾部追加值

字符串长度

strlen key

设置并返回原值

getset key value

getset和set一样会设置值，但不同的是，同时会返回键原来的值

设置指定位置id字符

setrange key offeset value

获取部分字符串

getrange key start end

2.2 内部编码

• int: 8个字节的长整型
• embstr: 小于等于39个字节的字符串
• raw: 大于39个字节的字符串

2.3 典型使用场景

1. 缓存功能

   
   Redis+MySQL组成的缓存存储架构.jpg

2. 计数

3. 共享Session，考虑负载均衡情况下，分布式服务会将用户的访问均衡到不同服务器，session会失效

4. 限速 限制访问频率，通过设置redis的超时时间

3. 哈希

字符串和哈希类型对比.jpg

3.1 命令

    hset key field value
    hget key field 
    hdel key field [field ... ]
    hlen key
    hmget key field [ field ... ]
    hmset key field value [field value ... ]
    hexists key field
    hkeys key  //获取所有field
    hvals key  //获取所有value
    hgetall key  //获取所有的field-value
    hstrlen key field  //计算value的字符串长度

哈希类型命令的时间复杂度.jpg

3.2 内部编码

• ziplist(压缩列表)：哈希类型元素个数小于512、同时所有value值小于64字节，使用更加紧凑的结构实现多个元素的连续存储，节省内存。
• hashtable(哈希表)

3.3 使用场景

关系型vs哈希类型缓存用户信息.jpg

不同之处：

• 哈希类型是稀疏的，而关系型数据库是完全结构化的
• 关系型数据库可以做复杂的关系查询

4. 列表list

用来存储多个有序的字符串，每个字符串称为元素，可以充当栈和队列的角色。

列表的操作.jpg

4.1 命令

//添加
rpush key value [value ... ]  //右边插入
lpush key value [value ... ]  //左边插入
linsert key before|after pivot value  //在某个元素前或后插入元素
//查找
lrange key start end  //获取指定范围内的元素列表
lindex key index
llen key
//删除
lpop key
rpop key
lrem key count value  //从列表中找到等于value的元素删除，count代表从左到右，删除多少个元素
ltrim key start end  //按照索引范围修建列表
//修改
lset key index newValue  //修改指定索引下标的元素
//阻塞操作
blpop key [key ...] timeout  //timeout = 0，则一直阻塞
brpop key [key ...] timeout

列表命令时间复杂度.jpg

4.2 内部编码

• ziplist
• linkedlist

4.3 使用场景

1. 消息队列
   lpush+brpop命令组合即可实现阻塞队列
2. 文章列表
   分页展示文章列表

5. 集合

集合set也是用来保存多个字符串元素，但是和列表不一样，不允许重复元素，并且无序的，不能通过索引下标获取。

5.1 命令

//集合内操作
sadd key element [element ...]  //添加元素
srem key element [element ...]  //删除元素
scard key  //计算元素个数
sismember key element  //判断是否在集合中
spop key  //随机弹出元素
smembers key  //获取所有元素

//集合间操作
sinter key [key ... ]  //求多个集合的交集
suinon key [key ...]  //求多个集合的并集
sdiff key [key ...]  //求多个集合的差集

集合常用命令时间复杂度.jpg

5.2 内部编码

• intset：整数集合
• hashtable：哈希表

5.3 使用场景

标签，比如用户的兴趣点

6. 有序集合

保留了集合不能重复的特性，但可以排序，给每个元素设置一个分数score作为排序依据

有序集合.jpg 列表、集合、有序集合的异同点.jpg

6.1 命令

6.2 内部编码

• ziplist(压缩列表)
• skiplist(跳跃表)

6.3 使用场景

排行榜系统，多个维度的榜单

7. 键管理

7.1 单个键管理

• 键重命名：rename key newkey
• 随机返回一个键：randomkey
• 键过期，seconds秒后：expire key seconds
• 秒级时间戳后过期expireat key timestamp

注意：对字符串类型键，set会去掉过期时间！

迁移键

• move key db
• dump key
  restore key ttl value
• migrate host port key | " " destination-db timeout [copy] [replace] [keys key [key ...] ]

7.2 遍历键

• 全量遍历键：keys pattern
• 渐进式遍历：scan，只扫描一个字典中的一部分键
  scan cursor [match pattern] [count number]

7.3 数据库管理

1. 切换数据库：select
2. 清楚数据库：flushdb/flushall