• API的理解和使用——键管理


    核心知识点:

    1.键重命名:rename和renamenx,使用renamenx时newkey必须不存在,重命名后会使用del删除原来的键,如果值比较大也会会造成阻塞。

    2.随机返回一个值:randomkey

    3.键过期:

      a.除了expire、ttl之外,expireat、pexpireat、pexpire,内部都是使用的pexpireat;

      b.expire键不存在返回0,设置负的过期时间,会立即删除键;persist和set会清除过期时间。

    4.键迁移:

      a.move库与库之间迁移数据,不常用

      b.tump+restore,dump将键序列化(格式化采用RDB格式),然后restore复原;非原子性、客户端分布完成

      c.migrate,dump+restore+del的组合,原子性,数据直接传输,收到之后会返回ok,相对tump+restore提升了效率

    5.遍历键:

      a.keys,可能带来阻塞,在不提供服务或者键总数比较少的情况下,可以使用;keys提供模式匹配,*、?、[]、X;

      b.scan,分批次遍历,不能保证能遍历完所有的键。

    6.数据库管理:

      a.select可以切换数据,有0-15这16个库;

      b.多个数据库被“丢弃”的原因?单线程、库与库之间可能会相互影响、部分客户端不支持;

      c.可以在一台机器上开启多个Redis实例

      d.flushdb清空当前库,flishall清空所有库

      e.使用flushdbflushall会清空数据非常危险,同时可能会造成阻塞

    之前介绍了一系列的关于各种数据结构的一些命令,接下来会介绍一些键的管理操作。

    下面会从单个键管理、遍历键和数据库管理这三个方面进行介绍。

    一、单个键管理

    1.键重命名

    命令:rename key newkey

    127.0.0.1:6379> set name kebi
    OK
    127.0.0.1:6379> rename name name:kb
    OK
    127.0.0.1:6379> get name:kb
    "kebi"

    如果重新命令的这个键名在之前已经存在,那么它的值将会被覆盖:

    127.0.0.1:6379> set a b
    OK
    127.0.0.1:6379> set c d
    OK
    127.0.0.1:6379> rename a c
    OK
    127.0.0.1:6379> get c
    "b"

    为了防止强行rename,Redis提供了renamenx命令,确保只有newkey不存在的时候才能被覆盖:

    127.0.0.1:6379> set kebi dsb
    OK
    127.0.0.1:6379> set maoxian lsb
    OK
    127.0.0.1:6379> renamenx kebi maoxian
    (integer) 0  #没有执行成功返回0
    127.0.0.1:6379> get maoxian
    "lsb"
    127.0.0.1:6379> get kebi
    "dsb"

    在使用重命名的时候有两点要注意:

    (1)由于重命令期间会执行del删除旧的键,如果键对应的值比较大,会存在阻塞Redis的可能性

    (2)如果key和newkey相同,在Redis3.2和之前的版本中,返回的结果可能会不同。

    2.随机返回一个键

    命令:randomkey

    127.0.0.1:6379> dbsize
    (integer) 33   #当前系统中有33个键
    127.0.0.1:6379> randomkey
    "name:kb"      #每次都会随机返回一个键
    127.0.0.1:6379> randomkey
    "set:sunion:1_2"
    127.0.0.1:6379> randomkey
    "user:1"

    3.键过期

    之前在介绍Redis所有数据结构通用的命令时介绍过expire,它可以自动将带有过期时间的键删除,

    除了expire、ttl命令之外,Redis还提供了expireat、pexpire、pexpireat、pttl、persist等命令。

    • expire key seconds:键在reconds秒后过期。
    • expireat key timestamp:键在秒级时间戳timestamp后过期。
    127.0.0.1:6379> set hello world
    OK
    127.0.0.1:6379> expire hello 20
    (integer) 1   #设置成功
    127.0.0.1:6379> ttl hello
    (integer) 13   #还是3秒
    127.0.0.1:6379> ttl hello
    (integer) 7
    127.0.0.1:6379> ttl hello
    (integer) -2   #键已经被删除

    ttl命令和pttl都可以查询键的剩余过期时间,但是pttl精度更高,可以达到毫秒级别,有3种返回值:

    • 大于等于0的整数:键的剩余过期时间(ttl是秒,pttl是毫秒)。
    • -1:键没有设置过期时间。
    • -2:键不存在。

    expireat命令可以设置键的秒级过期时间戳如果需要将键hello在2017-12-19 00:00:00(秒级时间戳为1513612800)过期,可以这样:

    127.0.0.1:6379> set hello world
    OK
    127.0.0.1:6379> expireat hello 1513612800
    (integer) 1

    除此之外,Redis2.6版本以后提供了毫秒级的过期方案:

    • pexpire key millseconds:键在milliseconds毫秒后过期。
    • pexpireat key milliseconds-timestamp:键在毫秒时间戳timestamp后过期。

    但无论是使用过期时间还是时间戳,秒级还是毫秒级,在Redis内部最终使用的都是pexpireat

    在使用Redis相关过期命令时,需要注意以下几点。

    (1)如果expire的键不存在返回的结果是0:

    127.0.0.1:6379> expire not_exist_key 10
    (integer) 0

    (2)如果过期时间为负值键会立即被删除,犹如使用del命令一样:

    127.0.0.1:6379> set age 18
    OK
    127.0.0.1:6379> expire age -10
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> get age
    (nil)

    (3)persist命令可以将键的过期时间清除

    127.0.0.1:6379> set sex boy
    OK
    127.0.0.1:6379> expire sex 1000
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> ttl sex
    (integer) 996
    127.0.0.1:6379> persist sex
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> ttl sex
    (integer) -1   #代表没有设置过期时间

    (4)对于字符串类型键,执行set命令会去掉过期时间,这个问题很容易在开发中被忽视。

      如下是Redis源码中,set命令的函数setKey,可以看到最后执行了removeExpire(db,key)函数去掉了过期时间:

    void setKey(redisDb *db,robj *key,robj * val) (
            if (lookupKeyWrite(db,key) == NULL) {
                dbAdd(db,key,val);
            } else {
                dbOverwrite(db,key,val);
            }
            incrRefCount(val);
            //去掉过期时间
            removeExpire(db,key);
            signalModifiedKey(db,key);
    }

    下面的例子证明set会导致过期时间失效:

    127.0.0.1:6379> set hello world
    OK
    127.0.0.1:6379> expire hello 50
    (integer) 1
    127.0.0.1:6379> ttl hello
    (integer) 34
    127.0.0.1:6379> set hello world
    OK
    127.0.0.1:6379> ttl hello
    (integer) -1  #代表没有设置过期时间

    (5)Redis不支持二级数据结构(例如哈希、列表)内部元素的过期功能,例如不能对列表类型的一个元素设置过期时间。

    (6)setex命令作为set+expire的组合,不但是原子执行,同时减少了一次网络通讯的时间。

    4.迁移键

    迁移的功能非常重要,因为有时候我们只想把部分数据由一个Redis迁移到另一个Redis(例如从生产环境迁移到测试环境),

    Redis发展历程中提供了move、dump+restore、migrate三组迁移键的方法,它们的实现方式及使用场景不大相同,下面分别介绍:

    (1)move

    命令:move key db

    move命令用于在Redis内部进行数据迁移,Redis内部可以有多个数据库,每个数据库在数据上是相互隔离的,

    move key db就是把指定的键从源数据库迁移到目标数据库中。不建议在生产环境中使用。

    (2)dump+restore

    命令:

    dump restore
    restore key ttl value

    dump + restore可以实现在不同的Redis实例之间进行数据迁移功能,整个迁移过程分两步:

    第一步,在源Redis上,dump命令会将键值序列化,格式化采用的是RDB格式。

    第二步,在目标Redis上,restore命令将上面序列化的值进行复原,其中ttl参数代表过期时间,如果ttl=0代表没有过期时间。

    有关dump+restore有两点需要注意:

    第一,整个迁移过程并非原子性的,而是通过客户端分步完成的。

    第二,迁移过程是开启两个客户端连接,所以dump的结果不是在源Redis和目标Redis之间进行传输。

    (3)migrate

    命令:migrate host port key|“”destination-db timeout [copy] [replace] [keys key [key ...]]

    参数说明:

    • host:目标Redis的IP地址
    • port:目标Redis的端口
    • key|“”:在Redis3.0.6版本之前,migrate只支持迁移一个键,之后的版本支持迁移多个键,如果需要迁移多个键,此处为“”
    • destination-db:目标Redis的数据库索引
    • timeout:迁移的超时时间(单位为毫秒)
    • [copy]:如果添加此选项,迁移后并不删除源键
    • [replace]:如果添加此选项,migrate不管目标Redis是否存在该键都会正常迁移进行数据覆盖
    • [keys key [key ...]]:迁移多个键。

    migrate命令也是用于在Redis实例间进行数据迁移的,实际上migrate命令就是将dump、restore、del三个命令进行组合,从而简化了操作流程。

    migrate命令具有原子性,而且从Redis3.0.6版本以后已经支持迁移多个键功能,有效地提高了迁移效率。

    实现过程和dump+restore基本类似,但是有三点不大相同:

    第一,整个过程是原子执行,不需要在多个Redis实例上开启客户端的,只需要在源Redis上执行migreate命令即可。

    第二,migrate命令数据传输直接在源Redis和目标Redis上完成的。

    第三,目标Redis完成restore后会发送OK给源Redis,源Redis接收后会根据migrate对应的选项来决定是否在源Redis上删除对应的键。

    move、dump+restore、migrate
    命令 作用域 原子性 支持多个键
    move Redis实例内部
    dump+restore Redis实例之间
    migrate Redis实例之间

    二、遍历键

    1.全量遍历键

    命令:keys pattern

    之前介过绍过keys *这个命令,实际上keys命令是是支持pattern(模式)匹配的。之前我们是这样用的:

    127.0.0.1:6379> keys *
     1) "key"
     2) "user:ranking:1"
     3) "list:2"
     4) "setkey3"
     5) "kebi"
     6) "maoxian"
     7) "listkey"
     8) "str:2"
     9) "sex"
    10) "set:sunion:2_1"
    11) "hello"
    12) "user:2"
    13) "user:1"
    14) "list:1"
    15) "user:ranking:2"
    16) "name:kb"
    17) "setkey2"
    18) "user1:1"
    19) "str:1"
    20) "str"
    21) "list:test1"

    上面为了遍历所有的键,pattern直接使用星号,这是因为pattern使用的是glob风格的通配符:

    • *代表匹配任意个字符。
    • 代表匹配一个字符。
    • [ ]代表匹配部分字符,例如[1,3]匹配1和3,[1-4]匹配1-4之间的任意数字。
    • x用来做转义,例如要匹配星号、问号需要进行转义。

    例如,要匹配三个字符的键:

    127.0.0.1:6379> keys ???
    1) "key"
    2) "sex"
    3) "str"

    要匹配以u和l开头的键:

    127.0.0.1:6379> keys [u,l]*
    1) "user:ranking:1"
    2) "list:2"
    3) "listkey"
    4) "user:2"
    5) "user:1"
    6) "list:1"
    7) "user:ranking:2"
    8) "user1:1"
    9) "list:test1"

    当需要遍历所有键时(例如检测过期或者闲置时间、寻找大对象等),keys是一个很有帮助的命令。

    但是如果考虑到Redis的单线程架构就不妙了,如果Redis包含了大量的键,执行keys命令很可能会带来Redis阻塞,

    所以一般不嫁你在生产环境下使用keys命令,但是有时候确实有遍历键的需求该怎么办,可以在以下三种情况下使用:

    • 在一个不对外提供服务的Redis从节点上执行,这样不会阻碍到客户端的请求,但是会影响到主从复制。
    • 如果确认键值总数比较少,可以执行该命令。
    • 使用下面要介绍的scan命令渐进式的遍历所有键,可以有效防止阻塞。

    2.渐进式遍历

     Redis从2.8版本后,提供了一个新的命令scan,它能有效的解决keys命令存在的问题。

    和keys命令执行时会遍历所有键不同,scan采用渐进式遍历的方式来解决keys的命令可能带来的阻塞问题,每次scan命令的时间复杂度是O(1)。

    但是要真正实现keys的功能,需要执行多次scan。Redis存储键值对实际使用的是hashtable的数据结构,其基本模型如下:

    那么每次执行scan,可以想象成只扫描一个字典中的一部分,直到将字典中所有键遍历完毕。

    scan的使用方法如下:

    scan cursor [match pattern] [count number]

    参数解释:

    • cursor是必须参数,实际上cousor是一个游标,第一次遍历从0开始,每次scan遍历完都会返回当前游标的值,直到游标值为0,表示遍历结束。
    • match pattern是可选参数,它的作用是做模式的匹配,这点和keys的模式匹配很像。
    • count number是可选参数,它的作用是表明每次要遍历的键的个数,默认值为10。

     现在内存中有16个键:

    127.0.0.1:6379> keys *
     1) "key"
     2) "list:2"
     3) "setkey3"
     4) "kebi"
     5) "maoxian"
     6) "listkey"
     7) "str:2"
     8) "sex"
     9) "set:sunion:2_1"
    10) "hello"
    11) "list:1"
    12) "name:kb"
    13) "setkey2"
    14) "str:1"
    15) "str"
    16) "list:test1"

    使用scan做遍历,记住必须从0开始:

    127.0.0.1:6379> scan 0
    1) "49"
    2)  1) "sex"
        2) "key"
        3) "hello"
        4) "list:1"
        5) "kebi"
        6) "str:1"
        7) "list:2"
        8) "listkey"
        9) "str"
       10) "maoxian"

    默认返回10个键,第一行表示需要开始的cursor的位置,接着访问:

    127.0.0.1:6379> scan 49
    1) "0"
    2) 1) "setkey3"
       2) "name:kb"
       3) "str:2"
       4) "setkey2"
       5) "set:sunion:2_1"
       6) "list:test1"

    返回0,代表已经遍历完成。

    除了scan之外,Redis提供了面向哈希类型、集合类型、有序集合的扫描遍历命令,

    解决诸如hgetall、smembers、zrange可能产生的阻塞问题,对应的命令分别是hscan、sscan、zscan,它们的用法和scan基本类似。

    但是scan并不是万能的,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,遍历出了重复的键的情况,也就是说scan并不能保证完整的遍历出所有的键

    三、数据库管理

    Redis提供了几个面向Redis数据库的操作,它们分别是dbsize、select、flushdb/flushall命令。

    1.切换数据库

    命令:select dbIndex

    许多关系型数据库,例如MySQL支持在一个实例下有多个数据库存在的,但是与关系型数据库用字符来区分不同的数据库名不同,

    Redis只是用数字作为多个数据库的实现,Redis默认配置中是有16个数据库,

    select 0操作将切换到第一个数据库,默认也是进入第一个数据库,select 15操作切换到最后一个数据库,

    但是0号数据库和15号数据库之间的数据没有任何关联,甚至可以存在相同的键:

    127.0.0.1:6379> get hello
    "world"   #默认0号库
    127.0.0.1:6379> select 15   #切换到15号库
    OK
    127.0.0.1:6379[15]> get hello   #不存在hello键
    (nil)
    127.0.0.1:6379[15]> set hello WORLD
    OK
    127.0.0.1:6379[15]> get hello  #不同库之间可以存在相同的键
    "WORLD"

    关于库之间的切换可以看下图:

     是否可以使用测试数据库和正式数据一样,把正式数据放在0号数据库,测试数据放在1号数据库了?彼此之间会有影响吗?

    Redis3.0中已经逐渐弱化了这个功能,例如Redis的分布式实现Redis Cluster只允许使用0号数据库,只不过为了兼容老版本,该功能还没有完全废除。

    下面分析以下为什么要废弃Redis的这项功能:

    (1)Redis是单线程。如果使用多个数据库,那个这些数据库仍然是使用一个CPU,彼此之间还是会收到影响。

    (2)对数据库的使用方式,会让调试和运维不同业务的数据库变得困难。如果一个数据库有慢查询存在,就会影响其他的数据库。

    (3)部分Redis客户端根本不支持这种方式

    如果要使用多个数据库功能,完全可以在一台机器上部署多个Redis实例,彼此使用端口来做区分,

    因为一般的服务器都有多个CPU,这样多个数据库之间就不会收到影响,还能充分利用资源。

    2.flushdb/flushall

    flushdb/flushall命令用于清除数据库,两者的区别在于,flishdb只会清除当前数据库,而flushall会清除所有数据库。

    现有三个库:

    127.0.0.1:6379[2]> select 0
    OK
    127.0.0.1:6379> dbsize  #0号库有16个键
    (integer) 16
    127.0.0.1:6379> select 2
    OK
    127.0.0.1:6379[2]> dbsize  #2号库有3个键
    (integer) 3
    127.0.0.1:6379[2]> select 15
    OK
    127.0.0.1:6379[15]> dbsize  #15号库有1个键
    (integer) 1

    在2号库上使用flushdb命令:

    127.0.0.1:6379[15]> select 2
    OK
    127.0.0.1:6379[2]> flushdb
    OK
    127.0.0.1:6379[2]> dbsize
    (integer) 0   #2号库已经清空
    127.0.0.1:6379[2]> select 0
    OK
    127.0.0.1:6379> dbsize
    (integer) 16   #0号库依然存在

    在0号库上执行flushall命令:

    127.0.0.1:6379> select 0
    OK
    127.0.0.1:6379> flushall
    OK
    127.0.0.1:6379> dbsize  #0号库空
    (integer) 0
    127.0.0.1:6379> select 15  
    OK
    127.0.0.1:6379[15]> dbsize  #15号空
    (integer) 0
    127.0.0.1:6379[15]> select 2
    OK
    127.0.0.1:6379[2]> dbsize  #2号空
    (integer) 0

    flushdb/flishall虽然可以很方便的清理数据,但是也会有两个问题:

    (1)如果当前库键值数量非常多,很有可能会造成Redis阻塞;

    (2)flushdb/flushall会将所有数据全部清除,这是非常危险的,后面会讲如何规避和如何恢复数据。

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