一、常用五大数据类型
哪里去获得redis常见数据类型操作命令http://www.redis.cn/commands.html
1. Redis键(Key)
_keys *_
查看当前库所有key (匹配:keys *1)_exists key_
判断某个key是否存在_type key_
查看你的key是什么类型_del key_
删除指定的key数据_unlink key_
根据value选择非阻塞删除(仅将keys从keyspace元数据中删除,真正的删除会在后续异步操作)_expire key 10_
为给定的key设置过期时间(10秒)_ttl key_
查看还有多少秒过期,-1表示永不过期,-2表示已过期_select_
命令切换数据库_dbsize_
查看当前数据库的key的数量_flushdb_
清空当前库_flushall_
通杀全部库
2. Redis字符串(String)
1. 简介
String是Redis最基本的类型,你可以理解成与Memcached一模一样的类型,一个key对应一个value。
String类型是二进制安全的。意味着Redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象。
String类型是Redis最基本的数据类型,一个Redis中字符串value最多可以是512M
2. 常用命令
_set <key> <value>_
: 添加键值对_get <key>_
:查询对应键值_append <key> <value>_
:将给定的追加到原值的末尾 _strlen <key>_
:获得值的长度_setnx <key> <value>_
:只有在 key 不存在时 设置 key的值_incr <key>_
:将 key 中储存的数字值增1(只能对数字值操作,如果为空,新增值为1)_decr <key>_
:将 key 中储存的数字值减1(只能对数字值操作,如果为空,新增值为-1)_incrby / decrby <key> <步长>_
:将key 中储存的数字值增减。自定义步长
原子性:
所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作;
这种操作一旦开始,就一直运行到结束,中间不会有任何 context switch (切换到另一个线程)
- 在单线程中, 能够在单条指令中完成的操作都可以认为是”原子操作”,因为中断只能发生于指令之间。
- 在多线程中,不能被其它进程(线程)打断的操作就叫原子操作。
Redis单命令的原子性主要得益于Redis的单线程。
_mset <key1> <value1> <key2> <value2> ....._
: 同时设置一个或多个key-value对_mget <key1> <key2> <key3> ....._
:同时获取一个或多个value_msetnx <key1> <value1> <key2> <value2> ....._
:同时设置一个或多个key-value 对,当且仅当所有给定 key 都不存在。_getrange <key> <起始位置> <结束位置>_
:获得值的范围,类似java中的substring,前包,后包_setrange <key> <起始位置> <value>_
:用覆写 所储存的字符串值,从<起始位置>开始(索引从0开始)。 _setex <key> <过期时间> <value>_
:设置键值的同时,设置过期时间,单位秒。_getset <key><value>_
:以新换旧,设置了新值同时获得旧值。
3. 数据结构
String的数据结构为简单动态字符串(Simple Dynamic String,缩写SDS)。是可以修改的字符串,内部结构实现上类似于Java的ArrayList,采用预分配冗余空间的方式来减少内存的频繁分配
如图中所示,内部为当前字符串实际分配的空间capacity一般要高于实际字符串长度len。当字符串长度小于1M时,扩容都是加倍现有的空间,如果超过1M,扩容时一次只会多扩1M的空间。需要注意的是字符串最大长度为512M
3. Redis列表(List)
1. 简介
单键多值
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)
它的底层实际是个双向链表,对两端的操作性能很高,通过索引下标的操作中间的节点性能会较差
2. 常用命令
_lpush/rpush <key> <value1> <value2> <value3> ...._
:从左边/右边插入一个或多个值。_lpop/rpop <key>_
:从左边/右边吐出一个值。值在键在,值光键亡。_rpoplpush <key1> <key2>_
:从列表右边吐出一个值,插到 列表左边。 _lrange <key> <start> <stop>_
:按照索引下标获得元素(从左到右),_lrange mylist 0 -1_
:0左边第一个,-10右边第一个,(0 -1表示获取所有)_lindex <key> <index>_
:按照索引下标获得元素(从左到右)_llen <key>_
:获得列表长度_linsert <key> before <value> <newvalue>_
:在的后面插入 插入值 _lrem <key> <n> <value>_
:从左边删除n个value(从左到右)_lset <key> <index> <value>_
:将列表key下标为index的值替换成value
3. 数据结构
List的数据结构为快速链表quickList,首先在列表元素较少的情况下会使用一块连续的内存存储,这个结构是ziplist,也即是压缩列表。
它将所有的元素紧挨着一起存储,分配的是一块连续的内存。
当数据量比较多的时候才会改成quicklist。
因为普通的链表需要的附加指针空间太大,会比较浪费空间。比如这个列表里存的只是int类型的数据,结构上还需要两个额外的指针prev和next。
Redis将链表和ziplist结合起来组成了quicklist。也就是将多个ziplist使用双向指针串起来使用。这样既满足了快速的插入删除性能,又不会出现太大的空间冗余。
4. Redis集合(Set)
1. 简介
Redis set对外提供的功能与list类似是一个列表的功能,特殊之处在于set是可以自动排重的,当你需要存储一个列表数据,又不希望出现重复数据时,set是一个很好的选择,并且set提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口,这个也是list所不能提供的。
Redis的Set是string类型的无序集合。它底层其实是一个value为null的hash表,所以添加,删除,查找的复杂度都是O(1)
一个算法,随着数据的增加,执行时间的长短,如果是O(1),数据增加,查找数据的时间不变
2. 常用命令
_sadd <key> <value1> <value2> ....._
:将一个或多个 member 元素加入到集合 key 中,已经存在的 member元素将被忽略_smembers <key>_
:取出该集合的所有值。_sismember <key> <value>_
:判断集合是否为含有该 值,有1,没有0 _scard<key>_
:返回该集合的元素个数。_srem <key> <value1> <value2> ...._
:删除集合中的某个元素。_spop <key>_
:随机从该集合中吐出一个值_srandmember <key> <n>_
:随机从该集合中取出n个值。不会从集合中删除_smove <source> <destination> <value>_
:把集合中一个值从一个集合移动到另一个集合_sinter <key1> <key2>_
:返回两个集合的交集元素。_sunion <key1> <key2>_
:返回两个集合的并集元素。sdiff <key1><key2>
:返回两个集合的差集元素(key1中的,不包含key2中的)
3. 数据结构
Set数据结构是dict字典,字典是用哈希表实现的。
Java中HashSet的内部实现使用的是HashMap,只不过所有的value都指向同一个对象。Redis的set结构也是一样,它的内部也使用hash结构,所有的value都指向同一个内部值。
5. Redis哈希(Hash)
1. 简介
Redis hash 是一个键值对集合。
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。
类似Java里面的Map
用户ID为查找的key,存储的value用户对象包含姓名,年龄,生日等信息,如果用普通的key/value结构来存储
主要有以下2种存储方式:
方式一
图一:每次修改用户的某个属性需要,先反序列化改好后再序列化回去。开销较大。
图二:用户ID数据冗余
方式二
通过 key(用户ID) + field(属性标签) 就可以操作对应属性数据了,既不需要重复存储数据,也不会带来序列化和并发修改控制的问题
2. 常用命令
_hset <key> <field> <value>_
:给集合中的 键赋值 _hget <key1> <field>_
:从集合 取出 value _hmset <key1> <field1> <value1> <field2> <value2> ..._
:批量设置hash的值_hexists <key1> <field>_
:查看哈希表 key 中,给定域 field 是否存在。_hkeys <key>_
:列出该hash集合的所有field_hvals <key>_
:列出该hash集合的所有value_hincrby <key> <field> <increment>_
:为哈希表 key 中的域 field 的值加上增量 1 -1_hsetnx <key> <field> <value>_
:将哈希表 key 中的域 field 的值设置为 value ,当且仅当域 field不存在
3. 数据结构
Hash类型对应的数据结构是两种:ziplist(压缩列表),hashtable(哈希表)。当field-value长度较短且个数较少时,使用ziplist,否则使用hashtable
6. Redis有序集合Zset(sorted set)
1. 简介
Redis有序集合zset与普通集合set非常相似,是一个没有重复元素的字符串集合
不同之处是有序集合的每个成员都关联了一个评分(score),这个评分(score)被用来按照从最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合的成员是唯一的,但是评分可以是重复了
因为元素是有序的, 所以你也可以很快的根据评分(score)或者次序(position)来获取一个范围的元素。
访问有序集合的中间元素也是非常快的,因此你能够使用有序集合作为一个没有重复成员的智能列表。
2. 常用命令
_zadd <key> <score1> <value1> <score2> <value2> …_
:将一个或多个 member 元素及其 score 值加入到有序集 key当中。_zrange <key> <start> <stop> [WITHSCORES]_
:返回有序集 key 中,下标在之间的元素带WITHSCORES,可以让分数一起和值返回到结果集。 _zrangebyscore key minmax[withscores] [limit offset count]_
:返回有序集 key 中,所有 score 值介于 min和 max 之间(包括等于 min或 max )的成员。有序集成员按 score 值递增(从小到大)次序排列。_z_``_rev_``_rangebyscore <key> _``_maxmin_``_ [withscores] [limit offset count]_
:同上,改为从大到小排列。_zincrby <key> <increment> <value>_
为元素的score加上增量_zrem <key> <value>_
:删除该集合下,指定值的元素_zcount <key> <min> <max>_
:统计该集合,分数区间内的元素个数_zrank <key> <value>_
:返回该值在集合中的排名,从0开始。
案例:如何利用zset实现一个文章访问量的排行榜?
3. 数据结构
SortedSet(zset)是Redis提供的一个非常特别的数据结构,一方面它等价于Java的数据结构Map
zset底层使用了两个数据结构
- hash:hash的作用就是关联元素value和权重score,保障元素value的唯一性,可以通过元素value找到相应的score值
- 跳跃表:跳跃表的目的在于给元素value排序,根据score的范围获取元素列表
4. 跳跃表(跳表)
简介
有序集合在生活中比较常见,例如根据成绩对学生排名,根据得分对玩家排名等。对于有序集合的底层实现,可以用数组、平衡树、链表等。数组不便元素的插入、删除;平衡树或红黑树虽然效率高但结构复杂;链表查询需要遍历所有效率低。Redis采用的是跳跃表。跳跃表效率堪比红黑树,实现远比红黑树简单。
实例
对比有序链表和跳跃表,从链表中查询出51
- 有序列表
要查找值为51的元素,需要从第一个元素开始依次查找、比较才能找到。共需要6次比较。
- 跳跃表
从第2层开始,1节点比51节点小,向后比较。
21节点比51节点小,继续向后比较,后面就是NULL了,所以从21节点向下到第1层
在第1层,41节点比51节点小,继续向后,61节点比51节点大,所以从41向下
在第0层,51节点为要查找的节点,节点被找到,共查找4次。
从此可以看出跳跃表比有序链表效率要高
5. 使用Zset实现取消订单功能
生产需求:
- 用户下订单后,15分钟未支付自动取消;
- 用户成功下单支付后确认收货, 15天默认好评
实现思路
利用redis的排序列表,ZSet进行需求实现
实现思路:我们把Zset中的score当成时间戳, 这样我们就可以获得以时间戳排序的任务列表, 这我们通过score区间进行拉取任务,进行消费.
代码封装实现
首先是封装延时队列的工厂(完美契合Spring框架), 如果想要创建自己的特色延时队列则需要继承这个抽象工厂
import com.zjrcinfo.zjguahao.common.redis.cluster.JedisClusterCache;
import com.zjrcinfo.zjguahao.common.utils.ThreadPoolUtil;
import com.zjrcinfo.zjguahao.common.web.log.LoggerName;
import org.apache.shiro.util.CollectionUtils;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import redis.clients.jedis.Tuple;
import javax.annotation.PostConstruct;
import java.util.Calendar;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* Description: 延时队列工厂
*/
public abstract class AbstractDelayQueueMachineFactory {
protected Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LoggerName.KAFKA);
@Autowired
protected JedisClusterCache jedisClusterCache;
/**
* 插入任务id
* @param jobId 任务id(队列内唯一)
* @param time 延时时间(单位 :秒)
* @return 是否插入成功
*/
public boolean addJobId(String jobId, Integer time) {
Calendar instance = Calendar.getInstance();
instance.add(Calendar.SECOND, time);
long delaySeconds = instance.getTimeInMillis() / 1000;
Long zadd = jedisClusterCache.zadd(setDelayQueueName(), delaySeconds, jobId);
return zadd > 0;
}
private void startDelayQueueMachine() {
logger.info(String.format("延时队列机器{%s}开始运作", setDelayQueueName()));
// 发生异常捕获并且继续不能让战斗停下来
while (true) {
try {
// 获取当前时间的时间戳
long now = System.currentTimeMillis() / 1000;
// 获取当前时间前的任务列表
Set<Tuple> tuples = jedisClusterCache.zrangeByScoreWithScores(setDelayQueueName(), 0, now);
// 如果不为空则遍历判断其是否满足取消要求
if (!CollectionUtils.isEmpty(tuples)) {
for (Tuple tuple : tuples) {
String jobId = tuple.getElement();
Long num = jedisClusterCache.zrem(setDelayQueueName(), jobId);
// 如果移除成功, 则取消订单
if (num > 0) {
ThreadPoolUtil.execute(() ->invoke(jobId));
}
}
}
} catch (Exception e) {
logger.warn(String.format("处理延时任务发生异常,异常原因为{%s}", e.getMessage()), e);
} finally {
// 间隔一秒钟搞一次
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
/**
* 最终执行的任务方法
* @param jobId 任务id
*/
public abstract void invoke(String jobId);
/**
* 要实现延时队列的名字
*
*/
public abstract String setDelayQueueName();
@PostConstruct
public void init(){
new Thread(this::startDelayQueueMachine).start();
}
}
二、新数据类型
1. Bitmaps
1. 简介
现代计算机用二进制(位)作为信息的基础单位, 1个字节等于8位, 例如“abc”字符串是由3个字节组成, 但实际在计算机存储时将其用二进制表示,“abc”分别对应的ASCII码分别是97、 98、 99, 对应的二进制分别是01100001、 01100010和01100011,如下图
理地使用操作位能够有效地提高内存使用率和开发效率。
Redis提供了Bitmaps这个“数据类型”可以实现对位的操作:
- Bitmaps本身不是一种数据类型, 实际上它就是字符串(key-value) , 但是它可以对字符串的位进行操作
- Bitmaps单独提供了一套命令, 所以在Redis中使用Bitmaps和使用字符串的方法不太相同。 可以把Bitmaps想象成一个以位为单位的数组, 数组的每个单元只能存储0和1, 数组的下标在Bitmaps中叫做偏移量
2. 常用命令
1. setbit
_setbit <key> <offset> <value>_
:设置Bitmaps中某个偏移量的值(0或1)
注:偏移量从0开始算起
实例
每个独立用户是否访问过网站存放在Bitmaps中, 将访问的用户记做1, 没有访问的用户记做0, 用偏移量作为用户的id
设置键的第offset个位的值(从0算起) , 假设现在有20个用户,userid=1, 6, 11, 15, 19的用户对网站进行了访问, 那么当前Bitmaps初始化结果如图
unique:users:20201106代表2020-11-06这天的独立访问用户的Bitmaps
注意:
- 很多应用的用户id以一个指定数字(例如10000) 开头, 直接将用户id和Bitmaps的偏移量对应势必会造成一定的浪费, 通常的做法是每次做setbit操作时将用户id减去这个指定数字
- 在第一次初始化Bitmaps时, 假如偏移量非常大, 那么整个初始化过程执行会比较慢, 可能会造成Redis的阻塞
2. getbit
_getbit <key> <offset>_
:获取Bitmaps中某个偏移量的值
注:获取键的第offset位的值(从0开始算)
实例
获取id=8的用户是否在2020-11-06这天访问过, 返回0说明没有访问过:
注:因为100根本不存在,所以也是返回0
3. bitcount
统计字符串被设置为1的bit数。一般情况下,给定的整个字符串都会被进行计数,通过指定额外的 start 或 end 参数,可以让计数只在特定的位上进行。start 和 end 参数的设置,都可以使用负数值:比如 -1 表示最后一个位,而 -2 表示倒数第二个位,start、end 是指bit组的字节的下标数,二者皆包含。_bitcount <key> [start end]_
:统计字符串从start字节到end字节比特值为1的数量
实例
计算2022-11-06这天的独立访问用户数量
start和end代表起始和结束字节数, 下面操作计算用户id在第1个字节到第3个字节之间的独立访问用户数,对应的用户id是11, 15, 19
举例: K1 【01000001 01000000 00000000 00100001】,对应【0,1,2,3】
- bitcount K1 1 2 : 统计下标1、2字节组中bit=1的个数,即 01000000 00000000 —》bitcount K1 1 2 —》1
- bitcount K1 1 3 : 统计下标1、2字节组中bit=1的个数,即 01000000 00000000 00100001 —》bitcount K1 1 3 —》3
- bitcount K1 0 -2 : 统计下标0到下标倒数第2,字节组中bit=1的个数,即01000001 01000000 00000000 —》bitcount K1 0 -2 —》3
注:redis的setbit设置或清除的是bit位置,而bitcount计算的是byte位置。
4. bitop
_bitop and(or/not/xor) <destkey> [key…]_
bitop是一个复合操作, 它可以做多个Bitmaps的and(交集) 、 or(并集) 、 not(非) 、 xor(异或) 操作并将结果保存在destkey中
实例
2020-11-04 日访问网站的userid=1,2,5,9
setbit unique:users:20201104 1 1
setbit unique:users:20201104 2 1
setbit unique:users:20201104 5 1
setbit unique:users:20201104 9 1
2020-11-03 日访问网站的userid=0,1,4,9
setbit unique:users:20201103 0 1
setbit unique:users:20201103 1 1
setbit unique:users:20201103 4 1
setbit unique:users:20201103 9 1
计算出两天都访问过网站的用户数量
bitop and unique:users:and:20201104_03 unique:users:20201103 unique:users:20201104
计算出任意一天都访问过网站的用户数量(例如月活跃就是类似这种),可以使用or求并集
3. Bitmaps与Set对比
假设网站有1亿用户, 每天独立访问的用户有5千万, 如果每天用集合类型和Bitmaps分别存储活跃用户可以得到表
set和Bitmaps存储一天活跃用户对比 | |||
---|---|---|---|
数据类型 | 每个用户id占用空间 | 需要存储的用户量 | 全部内存量 |
集合类型 | 64位 | 50000000 | 64位*50000000 = 400MB |
Bitmaps | 1位 | 100000000 | 1位*100000000 = 12.5MB |
很明显, 这种情况下使用Bitmaps能节省很多的内存空间,尤其是随着时间推移节省的内存还是非常可观的
set和Bitmaps存储独立用户空间对比 | |||
---|---|---|---|
数据类型 | 一天 | 一个月 | 一年 |
集合类型 | 400MB | 12GB | 144GB |
Bitmaps | 12.5MB | 375MB | 4.5GB |
但Bitmaps并不是万金油, 假如该网站每天的独立访问用户很少, 例如只有10万(大量的僵尸用户) , 那么两者的对比如下表所示, 很显然, 这时候使用Bitmaps就不太合适了, 因为基本上大部分位都是0
set和Bitmaps存储一天活跃用户对比(独立用户比较少) | |||
---|---|---|---|
数据类型 | 每个userid占用空间 | 需要存储的用户量 | 全部内存量 |
集合类型 | 64位 | 100000 | 64位*100000 = 800KB |
Bitmaps | 1位 | 100000000 | 1位*100000000 = 12.5MB |
2. HyperLogLog
1. 简介
在工作当中,我们经常会遇到与统计相关的功能需求,比如统计网站PV(PageView页面访问量),可以使用Redis的incr、incrby轻松实现。
但像UV(UniqueVisitor,独立访客)、独立IP数、搜索记录数等需要去重和计数的问题如何解决?这种求集合中不重复元素个数的问题称为基数问题。
解决基数问题有很多种方案:
- 数据存储在MySQL表中,使用distinct count计算不重复个数
- 使用Redis提供的hash、set、bitmaps等数据结构来处理
以上的方案结果精确,但随着数据不断增加,导致占用空间越来越大,对于非常大的数据集是不切实际的。
能否能够降低一定的精度来平衡存储空间?Redis推出了HyperLogLog
Redis HyperLogLog 是用来做基数统计的算法,HyperLogLog 的优点是,在输入元素的数量或者体积非常非常大时,计算基数所需的空间总是固定的、并且是很小的。
在 Redis 里面,每个 HyperLogLog 键只需要花费 12 KB 内存,就可以计算接近 2^64 个不同元素的基数。这和计算基数时,元素越多耗费内存就越多的集合形成鲜明对比。
但是,因为 HyperLogLog 只会根据输入元素来计算基数,而不会储存输入元素本身,所以 HyperLogLog 不能像集合那样,返回输入的各个元素。
什么是基数?
比如数据集 {1, 3, 5, 7, 5, 7, 8}, 那么这个数据集的基数集为{1, 3, 5 ,7, 8}, 基数(不重复元素)为5。 基数估计就是在误差可接受的范围内,快速计算基数(基数 = 个数总和 - 重复个数)
2. 命令
1. pfadd
_pfadd <key> <element> [element ...]_
:添加指定元素到 HyperLogLog 中
实例
将所有元素添加到指定HyperLogLog数据结构中。如果执行命令后HLL估计的近似基数发生变化,则返回1,否则返回0
2. pfcount
_pfcount <key> [key ...]_
:计算HLL的近似基数,可以计算多个HLL,比如用HLL存储每天的UV,计算一周的UV可以使用7天的UV合并计算即可
实例
3. pfmerge
_pfmerge <destkey> <sourcekey> [sourcekey ...]_
:将一个或多个HLL合并后的结果存储在另一个HLL中,比如每月活跃用户可以使用每天的活跃用户来合并计算可得
实例
3. Geospatial
1. 简介
Redis 3.2 中增加了对GEO类型的支持。GEO,Geographic,地理信息的缩写。该类型,就是元素的2维坐标,在地图上就是经纬度。redis基于该类型,提供了经纬度设置,查询,范围查询,距离查询,经纬度Hash等常见操作
2. 命令
1. geoadd
_geoadd <key> <longitude> <latitude> <member> [longitude latitude member...]_
:添加地理位置(经度,纬度,名称)
实例
geoadd china:city 121.47 31.23 shanghai
geoadd china:city 106.50 29.53 chongqing 114.05 22.52 shenzhen 116.38 39.90 beijing
注意:
- 两极无法直接添加,一般会下载城市数据,直接通过 Java 程序一次性导入。
- 有效的经度从 -180 度到 180 度。有效的纬度从 -85.05112878 度到 85.05112878 度。
- 当坐标位置超出指定范围时,该命令将会返回一个错误。
- 已经添加的数据,是无法再次往里面添加的。
2. geopos
_geopos <key> <member> [member...]_
:获得指定地区的坐标值
实例
3. geodist
_geodist <key> <member1> <member2> [m|km|ft|mi]_
:获取两个位置之间的直线距离
实例
获取两个位置之间的直线距离
单位:
- m 表示单位为米[默认值]。
- km 表示单位为千米。
- mi 表示单位为英里。
- ft 表示单位为英尺。
如果用户没有显式地指定单位参数, 那么 GEODIST 默认使用米作为单位
4. georadius
_georadius <key> <longitude> <latitude> radius m|km|ft|mi_
:以给定的经纬度为中心,找出某一半径内的元素(经度 纬度 距离 单位)
实例