Redis基础学习一-编程知识

1. Redis 入门

1.1. Redis 诞生历程

1.1.1.从一个故事开始

08 年的时候有一个意大利西西里岛的小伙子，笔名 antirez（http://invece.org/），创建了一个访客信息网站 LLOOGG.COM。有的时候我们需要知道网站的访问情况，比如访客的 IP、操作系统、浏览器、使用的搜索关键词、所在地区、访问的网页地址等等。在国内，有很多网站提供了这个功能，比如 CNZZ，百度统计，国外也有谷歌的 GoogleAnalytics。我们不用自己写代码去实现这个功能，只需要在全局的 footer 里面嵌入一段JS 代码就行了，当页面被访问的时候，就会自动把访客的信息发送到这些网站统计的服务器，然后我们登录后台就可以查看数据了。
LLOOGG.COM 提供的就是这种功能，它可以查看最多 10000 条的最新浏览记录。这样的话，它需要为每一个网站创建一个列表（List），不同网站的访问记录进入到不同的列表。如果列表的长度超过了用户指定的长度，它需要把最早的记录删除（先进先出）。

在这里插入图片描述

当 LLOOGG.COM 的用户越来越多的时候，它需要维护的列表数量也越来越多，这种记录最新的请求和删除最早的请求的操作也越来越多。LLOOGG.COM 最初使用的数据库是 MySQL，可想而知，因为每一次记录和删除都要读写磁盘，因为数据量和并发量太大，在这种情况下无论怎么去优化数据库都不管用了。
考虑到最终限制数据库性能的瓶颈在于磁盘，所以 antirez 打算放弃磁盘，自己去实现一个具有列表结构的数据库的原型，把数据放在内存而不是磁盘，这样可以大大地提升列表的 push 和 pop 的效率。antirez 发现这种思路确实能解决这个问题，所以用 C 语言重写了这个内存数据库，并且加上了持久化的功能，09 年，Redis 横空出世了。从最开始只支持列表的数据库，到现在支持多种数据类型，并且提供了一系列的高级特性，Redis 已经成为一个在全世界被广泛使用的开源项目。
为什么叫 REDIS 呢？它的全称是 REmote DIctionary Service，直接翻译过来是远程字典服务。
从 Redis 的诞生历史我们看到了，在某些场景中，关系型数据库并不适合用来存储我们的 Web 应用的数据。那么，关系型数据库和非关系型数据库，或者说 SQL 和 NoSQL，到底有什么不一样呢？

1.2. Redis 定位与特性

1.2.1.SQL 与 NoSQL

在绝大部分时候，我们都会首先考虑用关系型数据库来存储我们的数据，比如SQLServer，Oracle，MySQL 等等。
关系型数据库的特点：
1、它以表格的形式，基于行存储数据，是一个二维的模式。
2、它存储的是结构化的数据，数据存储有固定的模式（schema），数据需要适应表结构。
3、表与表之间存在关联（Relationship）。
4、大部分关系型数据库都支持 SQL（结构化查询语言）的操作，支持复杂的关联查询。
5、通过支持事务（ACID 酸）来提供严格或者实时的数据一致性。
但是使用关系型数据库也存在一些限制，比如：
1、要实现扩容的话，只能向上（垂直）扩展，比如磁盘限制了数据的存储，就要扩大磁盘容量，通过堆硬件的方式，不支持动态的扩缩容。水平扩容需要复杂的技术来实现，比如分库分表。
2、表结构修改困难，因此存储的数据格式也受到限制。
3、在高并发和高数据量的情况下，我们的关系型数据库通常会把数据持久化到磁盘，基于磁盘的读写压力比较大。
为了规避关系型数据库的一系列问题，我们就有了非关系型的数据库，我们一般把它叫做“non-relational”或者“Not Only SQL”。NoSQL 最开始是不提供 SQL 的数据库的意思，但是后来意思慢慢地发生了变化。
非关系型数据库的特点：
1、存储非结构化的数据，比如文本、图片、音频、视频。
2、表与表之间没有关联，可扩展性强。
3、保证数据的最终一致性。遵循 BASE（碱）理论。 Basically Available（基本可用）； Soft-state（软状态）； Eventually Consistent（最终一致性）。
4、支持海量数据的存储和高并发的高效读写。
5、支持分布式，能够对数据进行分片存储，扩缩容简单。
对于不同的存储类型，我们又有各种各样的非关系型数据库，比如有几种常见的类型：
1、KV 存储，用 Key Value 的形式来存储数据。比较常见的有 Redis 和 MemcacheDB。
2、文档存储，MongoDB。
3、列存储，HBase。
4、图存储，这个图（Graph）是数据结构，不是文件格式。Neo4j。
5、对象存储。
6、XML 存储等等等等。

1.2.2.Redis 特性

官网介绍：https://redis.io/topics/introduction
中文网站：http://www.redis.cn
硬件层面有 CPU 的缓存；浏览器也有缓存；手机的应用也有缓存。我们把数据缓存起来的原因就是从原始位置取数据的代价太大了，放在一个临时位置存储起来，取回就可以快一些。
Redis 的特性：
1）更丰富的数据类型
2）进程内与跨进程；单机与分布式
3）功能丰富：持久化机制、过期策略
4）支持多种编程语言
5）高可用，集群

1.3. Redis 启动

1.3.1.服务启动

src 目录下，直接启动

./redis-server

后台启动（指定配置文件）
1、redis.conf 修改两行配置

daemonize yes
bind 0.0.0.0

2、启动 Redis

redis-server /usr/local/soft/redis-5.0.5/redis.conf

总结：redis 的参数可以通过三种方式配置，一种是 redis.conf，一种是启动时--携带的参数，一种是 config set。

1.3.2.基本操作

默认有 16 个库（0-15），可以在配置文件中修改，默认使用第一个 db0。

databases 1

因为没有完全隔离，不像数据库的 database，不适合把不同的库分配给不同的业务使用。
切换数据库

select ()

清空当前数据库

flushdb

清空所有数据库

flushall

Redis 是字典结构的存储方式，采用 key-value 存储。key 和 value 的最大长度限制是 512M（来自官网 https://redis.io/topics/data-types-intro/）。
键的基本操作。
命令参考：http://redisdoc.com/index.html
存值

set qingshan 2673

取值

get qingshan

查看所有键

keys *

获取键总数

dbsize

查看键是否存在

exists qingshan

删除键

del qingshan jack

重命名键

rename qingshan pengyuyan

查看类型

type qingshan

Redis 一共有几种数据类型？（注意是数据类型不是数据结构）
官网：https://redis.io/topics/data-types-intro
String、Hash、Set、List、Zset、Hyperloglog、Geo、Streams

1.4. Redis 基本数据类型

最基本也是最常用的数据类型就是 String。set 和 get 命令就是 String 的操作命令。为什么叫 Binary-safe strings 呢？

1.4.1.String 字符串

存储类型
可以用来存储字符串、整数、浮点数。
操作命令
设置多个值（批量操作，原子性）

mset qingshan 2673 jack 66

设置值，如果 key 存在，则不成功

setnx qingshan

基于此可实现分布式锁。用 del key 释放锁。
但如果释放锁的操作失败了，导致其他节点永远获取不到锁，怎么办？
加过期时间。单独用 expire 加过期，也失败了，无法保证原子性，怎么办？多参数

set key value [expiration EX seconds|PX milliseconds][NX|XX]

使用参数的方式

set lock1 1 EX 10 NX

（整数）值递增

incr qingshan
incrby qingshan 100

（整数）值递减

decr qingshan
decrby qingshan 100

浮点数增量

set f 2.6
incrbyfloat f 7.3

获取多个值

mget qingshan jack

获取值长度

strlen qingshan

字符串追加内容

append qingshan good

获取指定范围的字符

getrange qingshan 0 8

存储（实现）原理
数据模型
set hello word 为例，因为 Redis 是 KV 的数据库，它是通过 hashtable 实现的（我们把这个叫做外层的哈希）。所以每个键值对都会有一个 dictEntry（源码位置：dict.h），里面指向了 key 和 和 value 的指针。next 指向下一个 dictEntry。

typedef struct dictEntry {void *key; /* key 关键字定义 */union {void *val; uint64_t u64; /* value 定义 */int64_t s64; double d;} v;struct dictEntry *next; /* 指向下一个键值对节点 */
} dictEntry

在这里插入图片描述
key 是字符串，但是 Redis 没有直接使用 C 的字符数组，而是存储在自定义的 SDS中。
value 既不是直接作为字符串存储，也不是直接存储在 SDS 中，而是存储在redisObject 中。实际上五种常用的数据类型的任何一种，都是通过 redisObject 来存储的。
redisObject
redisObject 定义在 src/server.h 文件中。

typedef struct redisObject {unsigned type:4; /* 对象的类型，包括：OBJ_STRING、OBJ_LIST、OBJ_HASH、OBJ_SET、OBJ_ZSET */unsigned encoding:4; /* 具体的数据结构 */unsigned lru:LRU_BITS; /* 24 位，对象最后一次被命令程序访问的时间，与内存回收有关 */int refcount; /* 引用计数。当 refcount 为 0 的时候，表示该对象已经不被任何对象引用，则可以进行垃圾回收了*/void *ptr; /* 指向对象实际的数据结构 */
} robj;

可以使用 type 命令来查看对外的类型。
127.0.0.1:6379> type qs
string

在这里插入图片描述
127.0.0.1:6379> set number 1
OK
127.0.0.1:6379> set qs "is a good teacher in gupao, have crossed mountains and sea " OK
127.0.0.1:6379> set jack bighead
OK
127.0.0.1:6379> object encoding number “int” 127.0.0.1:6379> object encoding jack
“embstr” 127.0.0.1:6379> object encoding qs "raw
字符串类型的内部编码有三种：
1、int，存储 8 个字节的长整型（long，2^63-1）。
2、embstr, 代表 embstr 格式的 SDS（Simple Dynamic String 简单动态字符串），存储小于 44 个字节的字符串。
3、raw，存储大于 44 个字节的字符串（3.2 版本之前是 39 字节）。为什么是 39？

/* object.c */
#define OBJ_ENCODING_EMBSTR_SIZE_LIMIT 4