• redis核心数据结构与高性能原理


    一:redis安装

    1.下载

    wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.3.tar.gz

    2.解压和编译

    yum install gcc

     tar -zxvf redis-5.0.3.tar.gz -C ../software/

    
    cd redis‐5.0.3
    
    # 进入到解压好的redis‐5.0.3目录下,进行编译与安装
    make 

    3.修改配置

    daemonize yes #后台启动
    protected‐mode no #关闭保护模式,开启的话,只有本机才可以访问redis 需要注释掉bind #bind 127.0.0.1(bind绑定的是自己机器网卡的ip,如果有多块网卡可以配多个ip,代表允许客户端通过机器的哪些网卡ip去访问,内网一般可以不配置bind,注释掉即可)

    4.启动

    src/redis-server redis.conf

      

    5.进入客户端

    src/redis-cli

      

    二:核心数据结构

    1.五种数据结构

      

    2.String

      1.常见用法

    字符串常用操作
    SET  key  value                   //存入字符串键值对
    MSET  key  value [key value ...]      //批量存储字符串键值对
    SETNX  key  value                 //存入一个不存在的字符串键值对
    GET  key                        //获取一个字符串键值
    MGET  key  [key ...]               //批量获取字符串键值
    DEL  key  [key ...]               //删除一个键
    EXPIRE  key  seconds               //设置一个键的过期时间(秒)
    

    原子加减   INCR key        //将key中储存的数字值加1 DECR key       //将key中储存的数字值减1 INCRBY key increment //将key所储存的值加上increment DECRBY key decrement   //将key所储存的值减去decrement

      2.应用

      

    单值缓存
    SET  key  value     
    GET  key     
    
    对象缓存
    1) SET  user:1  value(json格式数据)
    2) MSET  user:1:name  zhuge   user:1:balance  1888
       MGET  user:1:name   user:1:balance 
    分布式锁 SETNX product:
    10001 true //返回1代表获取锁成功 SETNX product:10001 true //返回0代表获取锁失败 。。执行业务操作。。 DEL product:10001 //执行完业务释放锁 SET product:10001 true ex 10 nx //防止程序意外终止导致死锁 计数器 INCR article:readcount:{文章id}  GET article:readcount:{文章id} Web集群session共享 spring session + redis实现session共享 分布式系统全局序列号 INCRBY orderId 1000 //redis批量生成序列号提升性能

      测试:

      分布式锁在一段时间将会失效,可以继续设置:

      

    3.hash

      1.常见命令

    Hash常用操作
    HSET  key  field  value             //存储一个哈希表key的键值
    HSETNX  key  field  value         //存储一个不存在的哈希表key的键值
    HMSET  key  field  value [field value ...]     //在一个哈希表key中存储多个键值对
    HGET  key  field                 //获取哈希表key对应的field键值
    HMGET  key  field  [field ...]         //批量获取哈希表key中多个field键值
    HDEL  key  field  [field ...]         //删除哈希表key中的field键值
    HLEN  key                //返回哈希表key中field的数量
    HGETALL  key                //返回哈希表key中所有的键值
    
    HINCRBY  key  field  increment         //为哈希表key中field键的值加上增量increment

      2.应用

    对象缓存
    HMSET  user  {userId}:name  zhuge  {userId}:balance  1888
    HMSET  user  1:name  zhuge  1:balance  1888
    HMGET  user  1:name  1:balance  

      测试:

      

    电商购物车
    1)以用户id为key
    2)商品id为field
    3)商品数量为value
    
    购物车操作
    添加商品hset cart:1001 10088 1
    增加数量hincrby cart:1001 10088 1
    商品总数hlen cart:1001
    删除商品hdel cart:1001 10088
    获取购物车所有商品hgetall cart:1001

      优点缺点

    优点
    1)同类数据归类整合储存,方便数据管理
    2)相比string操作消耗内存与cpu更小
    3)相比string储存更节省空间
    
    缺点
    过期功能不能使用在field上,只能用在key上
    Redis集群架构下不适合大规模使用

    4.list

      常用命令

    List常用操作
    LPUSH  key  value [value ...]         //将一个或多个值value插入到key列表的表头(最左边)
    RPUSH  key  value [value ...]         //将一个或多个值value插入到key列表的表尾(最右边)
    LPOP  key                      //移除并返回key列表的头元素
    RPOP  key                      //移除并返回key列表的尾元素
    LRANGE  key  start  stop            //返回列表key中指定区间内的元素,区间以偏移量start和stop指定
      
    BLPOP  key  [key ...]  timeout      //从key列表表头弹出一个元素,若列表中没有元素,阻塞等待                    timeout秒,如果timeout=0,一直阻塞等待
    BRPOP  key  [key ...]  timeout       //从key列表表尾弹出一个元素,若列表中没有元素,阻塞等待                    timeout秒,如果timeout=0,一直阻塞等待

       应用:

    微博消息和微信公号消息
    诸葛老师关注了MacTalk,备胎说车等大V
    1)MacTalk发微博,消息ID为10018
    LPUSH  msg:{诸葛老师-ID}  10018
    2)备胎说车发微博,消息ID为10086
    LPUSH  msg:{诸葛老师-ID} 10086
    3)查看最新微博消息
    LRANGE  msg:{诸葛老师-ID}  0  4

    5.set

      常用命令

    Set常用操作
    SADD  key  member  [member ...]            //往集合key中存入元素,元素存在则忽略,
                                若key不存在则新建
    SREM  key  member  [member ...]            //从集合key中删除元素
    SMEMBERS  key                      //获取集合key中所有元素
    SCARD  key                        //获取集合key的元素个数
    SISMEMBER  key  member            //判断member元素是否存在于集合key中
    SRANDMEMBER  key  [count]            //从集合key中选出count个元素,元素不从key中删除
    SPOP  key  [count]                //从集合key中选出count个元素,元素从key中删除
    
    Set运算操作
    SINTER  key  [key ...]                 //交集运算
    SINTERSTORE  destination  key  [key ..]        //将交集结果存入新集合destination中
    SUNION  key  [key ..]                 //并集运算
    SUNIONSTORE  destination  key  [key ...]        //将并集结果存入新集合destination中
    SDIFF  key  [key ...]                 //差集运算
    SDIFFSTORE  destination  key  [key ...]        //将差集结果存入新集合destination中

      应用

    微信抽奖小程序
    1)点击参与抽奖加入集合
    SADD key {userlD}
    2)查看参与抽奖所有用户
    SMEMBERS key      
    3)抽取count名中奖者
    SRANDMEMBER key [count] / SPOP key [count]
    集合操作实现微博微信关注模型
    1) 诸葛老师关注的人: 
    zhugeSet-> {guojia, xushu}
    2) 杨过老师关注的人:
     yangguoSet--> {zhuge, baiqi, guojia, xushu}
    3) 郭嘉老师关注的人: 
    guojiaSet-> {zhuge, yangguo, baiqi, xushu, xunyu)
    4) 我和杨过老师共同关注: 
    SINTER zhugeSet yangguoSet--> {guojia, xushu}
    5) 我关注的人也关注他(杨过老师): 
    SISMEMBER guojiaSet yangguo 
    SISMEMBER xushuSet yangguo
    6) 我可能认识的人: 
    SDIFF yangguoSet zhugeSet->(zhuge, baiqi}

    6.zset

      常用命令

    ZSet常用操作
    ZADD key score member [[score member]…]    //往有序集合key中加入带分值元素
    ZREM key member [member …]              //从有序集合key中删除元素
    ZSCORE key member                     //返回有序集合key中元素member的分值
    ZINCRBY key increment member            //为有序集合key中元素member的分值加上increment 
    ZCARD key                          //返回有序集合key中元素个数
    ZRANGE key start stop [WITHSCORES]      //正序获取有序集合key从start下标到stop下标的元素
    ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]    //倒序获取有序集合key从start下标到stop下标的元素
    
    Zset集合操作
    ZUNIONSTORE destkey numkeys key [key ...]     //并集计算
    ZINTERSTORE destkey numkeys key [key …]    //交集计算

      应用

    Zset集合操作实现排行榜
    1)点击新闻
    ZINCRBY  hotNews:20190819  1  守护香港
    2)展示当日排行前十
    ZREVRANGE  hotNews:20190819  0  9  WITHSCORES 
    3)七日搜索榜单计算
    ZUNIONSTORE  hotNews:20190813-20190819  7 hotNews:20190813  hotNews:20190814... hotNews:20190819
    4)展示七日排行前十
    ZREVRANGE hotNews:20190813-20190819  0  9  WITHSCORES

    三:单线程与高性能

    1.单线程

      Redis 的单线程主要是指 Redis 的网络 IO 和键值对读写是由一个线程来完成的,这也是 Redis 对外提供键值存储服务的主要流程。

      但 Redis 的其他功能,比如持久化、异步删除、集群数据同步等,其实是由额外的线程执行的。

    2.为什么这么快

      因为它所有的数据都在内存中,所有的运算都是内存级别的运算,而且单线程避免了多线程的切换性 能损耗问题。正因为 Redis 是单线程,所以要小心使用 Redis 指令,对于那些耗时的指令(比如 keys),一定要谨慎使用,一不小心就可能会导致 Redis 卡顿。

    3.Redis 单线程如何处理那么多的并发客户端连接?

      Redis的IO多路复用:redis利用epoll来实现IO多路复用,将连接信息和事件放到队列中,依次放到 文件事件分派器,事件分派器将事件分发给事件处理器。

      

       支持并发数:

    config get maxclients

      

    四:其他命令

    1.全量遍历键

    keys *

      

    2.渐进式遍历

      先多增加几个key

    SCAN cursor [MATCH pattern] [COUNT count]
    scan 参数提供了三个参数,第一个是 cursor 整数值(hash桶的索引值),第二个是 key 的正则模式,第三个是一次遍历的key的数量(参考值,底层遍历的数量不一定),并不是符合条件的结果数量。
    第一次遍历时,cursor 值为
    0,然后将返回结果中第一个整数值作为下一次遍历的 cursor。一直遍历到返回的cursor 值为 0 时结束。 注意:
    但是scan并非完美无瑕, 如果在scan的过程中如果有键的变化(增加、 删除、 修改) ,那么遍历效果可能会碰到如下问题: 新增的键可能没有遍历到, 遍历出了重复的键等情况, 也就是说scan并不能保证完整的遍历出来所有的键, 这些是我们在开发时需要考虑的。

      测试:

      

    3.查看redis运行信息

      info

    Server 服务器运行的环境参数
    Clients 客户端相关信息
    Memory 服务器运行内存统计数据
    Persistence 持久化信息
    Stats 通用统计数据
    Replication 主从复制相关信息
    CPU CPU 使用情况
    Cluster 集群信息
    KeySpace 键值对统计数量信息

      一些有意思的信息

    connected_clients:2 # 正在连接的客户端数量
    
    instantaneous_ops_per_sec:789 # 每秒执行多少次指令
    
    used_memory:929864 # Redis分配的内存总量(byte),包含redis进程内部的开销和数据占用的内存
    
    maxmemory_policy:noeviction # 当达到maxmemory时的淘汰策略
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