【数据库开发】Redis key-value内存数据库介绍

Redis是一个开源的，先进的 key-value 存储可用于构建高性能，可扩展的 Web 应用程序的解决方案。Redis官方网网站是：http://www.redis.io/，如下：

Redis 有三个主要使其有别于其它很多竞争对手的特点：

• Redis是完全在内存中保存数据的数据库，使用磁盘只是为了持久性目的； 
• Redis相比许多键值数据存储系统有相对丰富的数据类型； 
• Redis可以将数据复制到任意数量的从服务器中； 

Redis优点

• 异常快速 : Redis是非常快的，每秒可以执行大约110000设置操作，81000个/每秒的读取操作。

• 支持丰富的数据类型 : Redis支持最大多数开发人员已经知道如列表，集合，可排序集合，哈希等数据类型。

  这使得在应用中很容易解决的各种问题，因为我们知道哪些问题处理使用哪种数据类型更好解决。

• 操作都是原子的 : 所有 Redis 的操作都是原子，从而确保当两个客户同时访问 Redis 服务器得到的是更新后的值（最新值）。

• MultiUtility工具：Redis是一个多功能实用工具，可以在很多如：缓存，消息传递队列中使用（Redis原生支持发布/订阅），在应用程序中，如：Web应用程序会话，网站页面点击数等任何短暂的数据；

Redis环境

要在 Ubuntu 上安装 Redis，打开终端，然后输入以下命令：

$sudo apt-get update
$sudo apt-get install redis-server

这将在您的计算机上安装Redis

启动 Redis

$redis-server

查看 redis 是否还在运行

$redis-cli

这将打开一个 Redis 提示符，如下图所示：

redis 127.0.0.1:6379>

在上面的提示信息中：127.0.0.1 是本机的IP地址，6379是 Redis 服务器运行的端口。现在输入 PING 命令，如下图所示：

redis 127.0.0.1:6379> ping
PONG

这说明现在你已经成功地在计算机上安装了 Redis。

在Ubuntu上安装Redis桌面管理器

要在Ubuntu 上安装 Redis桌面管理，可以从 http://redisdesktop.com/download 下载包并安装它。

Redis 桌面管理器会给你用户界面来管理 Redis 键和数据。

Redis数据类型

Redis 支持5种数据类型，说明如下：

字符串

Redis 字符串是一个字节序列。在 Redis 中字符串是二进制安全的，这意味着它们没有任何特殊终端字符来确定长度，所以可以存储任何长度为 512 兆的字符串。

示例

redis 127.0.0.1:6379> SET name "yiibai"
OK
redis 127.0.0.1:6379> GET name
"yiibai"

在上面的例子中，SET 和 GET 是 Redis 命令，name 和 "yiibai" 是存储在 Redis 的键和字符串值。

哈希

Redis哈希是键值对的集合。 Redis哈希是字符串字段和字符串值之间的映射，所以它们用来表示对象。

示例

redis 127.0.0.1:6379> HMSET user:1 username yiibai password yiibai points 200
OK
redis 127.0.0.1:6379> HGETALL user:1

1) "username"
2) "yiibai"
3) "password"
4) "yiibai"
5) "points"
6) "200"

在上面的例子中，哈希数据类型用于存储包含用户基本信息的用户对象。这里 HSET，HEXTALL 是 Redis 命令同时 user:1 也是一个键。

列表

Redis 列表是简单的字符串列表，通过插入顺序排序。可以添加一个元素到 Redis 列表的头部或尾部。

示例

redis 127.0.0.1:6379> lpush tutoriallist redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> lpush tutoriallist mongodb
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> lpush tutoriallist rabitmq
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> lrange tutoriallist 0 10

1) "rabitmq"
2) "mongodb"
3) "redis"

列表的最大长度为  232 -
1 个元素（4294967295，每个列表的元素超过四十亿）。

集合

Redis 集合是字符串的无序集合。在 Redis 可以添加，删除和测试成员存在的时间复杂度为 O（1）。

示例

redis 127.0.0.1:6379> sadd tutoriallist redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd tutoriallist mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd tutoriallist rabitmq
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd tutoriallist rabitmq
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> smembers tutoriallist

1) "rabitmq"
2) "mongodb"
3) "redis"

注：在上面的例子中 rabitmq 被添加两次，但由于它是只集合具有唯一特性。集合中的成员最大数量为 232 -
1（4294967295，每个集合有超过四十亿条记录）。

集合排序

不同的是，一个有序集合的每个成员都可以排序，就是为了按有序集合排序获取它们，按权重分值从最小到最大排序。虽然成员都是独一无二的，按权重分数值可能会重复。

示例

redis 127.0.0.1:6379> zadd tutoriallist 0 redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd tutoriallist 0 mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd tutoriallist 0 rabitmq
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> zadd tutoriallist 0 rabitmq
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE tutoriallist 0 1000

1) "redis"
2) "mongodb"
3) "rabitmq"

Redis键

Redis 中的 keys 命令用于管理 redis 中的键。Redis keys命令使用的语法如下所示：

语法

redis 127.0.0.1:6379> COMMAND KEY_NAME

示例

redis 127.0.0.1:6379> SET yiibai redis
OK
redis 127.0.0.1:6379> DEL yiibai
(integer) 1

在上面的例子中 DEL 是一个命令，而 yiibai 是一个键。如果键被成功删除，则该命令的输出将是（整数）1，否则这将是（整数）0；

Redis字符串

Redis 的字符串命令用于管理 redis 的字符串值。Redis 的字符串命令语法的使用如下所示：

语法

redis 127.0.0.1:6379> COMMAND KEY_NAME

示例

redis 127.0.0.1:6379> SET yiibai redis
OK
redis 127.0.0.1:6379> GET yiibai
"redis"

在上面示例中 SET 和 GET 是 Redis 的命令，这里 yiibai 就是一个键（key）；

Redis哈希

Redis哈希是字符串字段和字符串值之间的映射，所以它是用来表示对象的一个完美的数据类型，Redis 的哈希值最多可存储超过4十亿字段-值对。

示例

redis 127.0.0.1:6379> HMSET yiibai name "redis tutorial" description "redis basic commands for caching" likes 20 visitors 23000
OK
redis 127.0.0.1:6379> HGETALL yiibai

1) "name"
2) "redis tutorial"
3) "description"
4) "redis basic commands for caching"
5) "likes"
6) "20"
7) "visitors"
8) "23000"

在上面的例子，我们在设置一个名为 yiibai Redis的哈希的教程详细信息（name, description, likes, visitors）。

Redis列表

Redis列表是简单的字符串列表，通过插入顺序排序。您可以在Redis 列表的头或列表尾添加元素。列表的最大长度为  232 -
1 个元素（4294967295，每个列表可有超过四十亿个元素）。

示例

redis 127.0.0.1:6379> LPUSH tutorials redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH tutorials mongodb
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH tutorials mysql
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE tutorials 0 10

1) "mysql"
2) "mongodb"
3) "redis"

在上面的例子中的三个值由命令LPUSH 插入到 redis 名称为 tutorials 的列表。

Redis集合

Redis集合是唯一字符串的无序集合。唯一集合是不允许数据有重复的键的。在 Redis 集合中添加，删除和测试成会是否存的时间复杂度为O（1）（恒定的时间，无论集合内包含元素的数量）。集合的最大长度为   232 -
1 个元素（4294967295，每个集合中超过四十亿个元素）。

示例

redis 127.0.0.1:6379> SADD yiibai redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD yiibai mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD yiibai mysql
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD yiibai mysql
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS yiibai

1) "mysql"
2) "mongodb"
3) "redis"

在上面的例子中的三个值被 Redis 的命令SADD插入到一个名为 yiibai 集合。

Redis有序集合

Redis的有序集合类似于 Redis 的集合，但是存储的值在集合中具有唯一性。另外有序集合的每个成员都使用分值（score）的东西，这个分值就是用于将有序集合排序，从分值最小到最大来排序。

在 Redis 有序集合添加，删除和测试成员的存在的时间复杂度为 O（1）（恒定时间，无论集合内包含元素的数量）。列表的最大长度为 232 -
1 个元素（4294967295，每个集合的元素超过四十亿）。

示例

redis 127.0.0.1:6379> ZADD yiibai 1 redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD yiibai 2 mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD yiibai 3 mysql
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD yiibai 3 mysql
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> ZADD yiibai 4 mysql
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> ZRANGE yiibai 0 10 WITHSCORES

1) "redis"
2) "1"
3) "mongodb"
4) "2"
5) "mysql"
6) "4"

在上面的例子中的三个值及其分值被 ZADD 命令插入一个名称为 yiibai 的 redis 有序集合中

Redis 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。

示例

下面的例子说明了 HyperLogLog Redis 的工作原理：

redis 127.0.0.1:6379> PFADD tutorials "redis"

1) (integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PFADD tutorials "mongodb"

1) (integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PFADD tutorials "mysql"

1) (integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PFCOUNT tutorials

(integer) 3

Redis发布订阅

Redis订阅和发布实现了通讯系统，发件人（在 Redis 中的术语称为发布者）发送邮件，而接收器（订户）接收它们。信息传输的链路称为通道。Redis 一个客户端可以订阅任意数量的通道。

示例

以下举例说明发布订阅用户如何工作。在下面的例子给出一个客户端订阅的通道命名 redisChat 。

redis 127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE redisChat

Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "redisChat"
3) (integer) 1

现在，两个客户端都在同一个通道名：redisChat 上发布消息，上述订阅客户端接收消息。

redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH redisChat "Redis is a great caching technique"

(integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH redisChat "Learn redis by tutorials point"

(integer) 1

1) "message"
2) "redisChat"
3) "Redis is a great caching technique"
1) "message"
2) "redisChat"
3) "Learn redis by tutorials point"

Redis事务

Redis事务允许一组命令在单一步骤中执行。事务有两个属性，说明如下：

• 在一个事务中的所有命令作为单个独立的操作顺序执行。在Redis事务中的执行过程中而另一客户机发出的请求，这是不可以的；
• Redis事务是原子的。原子意味着要么所有的命令都执行，要么都不执行；

示例

Redis 事务由指令 MULTI 发起的，之后传递需要在事务中和整个事务中，最后由 EXEC 命令执行所有命令的列表。

redis 127.0.0.1:6379> MULTI
OK
List of commands here
redis 127.0.0.1:6379> EXEC

示例

下面的例子说明了 Redis 的事务是如何开始和执行。

redis 127.0.0.1:6379> MULTI
OK
redis 127.0.0.1:6379> SET tutorial redis
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> GET tutorial
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> INCR visitors
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> EXEC

1) OK
2) "redis"
3) (integer) 1

Redis脚本

Redis 脚本是使用Lua解释脚本用来评估（计算）。从 Redis 2.6.0 版本开始内置这个解释器。命令 EVAL 用于执行 脚本命令。

语法

EVAL命令的基本语法如下：

redis 127.0.0.1:6379> EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]

示例

下面的例子说明了 Redis 脚本是如何工作的：

redis 127.0.0.1:6379> EVAL "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2 key1 key2 first second

1) "key1"
2) "key2"
3) "first"
4) "second"

Redis连接

Redis 的连接命令基本上都用于管理 Redis服务器与客户端连接。

示例

下面的例子说明了一个客户端在Redis服务器上，如何检查服务器是否正在运行并验证自己。

redis 127.0.0.1:6379> AUTH "password"
OK
redis 127.0.0.1:6379> PING
PONG

Redis备份

Redis的SAVE命令用于创建当前 Redis 数据库的备份。

语法

Redis 的 SAVE 命令的基本语法如下所示：

127.0.0.1:6379> SAVE

示例

以下示例显示了如何在Redis的当前数据库中创建备份。

127.0.0.1:6379> SAVE

OK

在执行此命令之后，将在 redis 目录中创建一个 dump.rdb 文件。

恢复 Redis 数据

要恢复 redis 数据只需要要将 Redis 的备份文件（dump.rdb）放到 Redis 的目录中，并启动服务器。要了解知道 Redis 目录在什么位置，可使用 CONFIG 命令，如下所示：

127.0.0.1:6379> CONFIG get dir

1) "dir"
2) "/user/yiibai/redis-2.8.13/src"

在上面的命令命令输出为 /user/yiibai/redis-2.8.13/src 就是使用的 Redis 目录，也就是 Redis 的服务器安装的目录。

Bgsave

创建 Redis 的备份也可以使用备用命令 BGSAVE 。此命令将启动备份过程，并在后台运行此。

示例

127.0.0.1:6379> BGSAVE

Background saving started

Redis安全

Redis 数据库可以配置安全保护的，所以任何客户端在连接执行命令时需要进行身份验证。为了确保 Redis 的安全，需要在配置文件设置密码。

示例

下面给出的例子显示的步骤是用来确保 Redis 实例的安全。

127.0.0.1:6379> CONFIG get requirepass
1) "requirepass"
2) ""

默认情况下此属性是空的，这意味着此实例没有设置密码。可以通过执行以下命令来修改设置此属性

127.0.0.1:6379> CONFIG set requirepass "yiibaipass"
OK
127.0.0.1:6379> CONFIG get requirepass
1) "requirepass"
2) "yiibaipass"

如果客户端运行命令无需验证设置密码，那么（错误）NOAUTH 需要验证。错误将返回。因此，客户端需要使用 AUTH 命令来验证自己的身份信息。

语法

AUTH命令的基本语法如下所示：

127.0.0.1:6379> AUTH password

Redis性能测试

Redis的基准性能测试是通过同时运行 N 个命令以检查 Redis 性能的工具。

语法

Redis的基准测试的基本语法如下所示：

redis-benchmark [option] [option value]

示例

下面给出的示例是通过调用 100000 个（次）命令来检查 Redis。

redis-benchmark -n 100000

PING_INLINE: 141043.72 requests per second
PING_BULK: 142857.14 requests per second
SET: 141442.72 requests per second
GET: 145348.83 requests per second
INCR: 137362.64 requests per second
LPUSH: 145348.83 requests per second
LPOP: 146198.83 requests per second
SADD: 146198.83 requests per second
SPOP: 149253.73 requests per second
LPUSH (needed to benchmark LRANGE): 148588.42 requests per second
LRANGE_100 (first 100 elements): 58411.21 requests per second
LRANGE_300 (first 300 elements): 21195.42 requests per second
LRANGE_500 (first 450 elements): 14539.11 requests per second
LRANGE_600 (first 600 elements): 10504.20 requests per second
MSET (10 keys): 93283.58 requests per second

Redis客户端连接

如果启用了Redis 的接受配置监听，客户端可在TCP端口上与Unix套接字连接。以下操作执行后新的客户端连接被服务器接受：

• 客户端套接字在非阻塞状态，因为 Redis 使用复用和非阻塞I/O；
• TCP_NODELAY选项设定以确保不会在连接时延迟；
• 创建一个可读的文件事件，以便 Redis 能够尽快收集客户端查询作为新的数据可被套接字读取；

客户端最大连接数量

在Redis的配置文件（redis.conf）有一个属性 maxclients ，它描述了可以连接到 Redis 的客户的最大数量。命令的基本语法是：

config get maxclients

1) "maxclients"
2) "10000"

默认情况下此属性设置为 10000（取决于OS的文件标识符限制最大数量），但可以修改这个属性。

示例

在下面给出的例子我们已经设置客户端最大连接数量为 100000，在之后启动服务器：

redis-server --maxclients 100000

Redis管道

Redis是一个TCP服务器，支持请求/响应协议。在 redis 中一个请求完成以下步骤：

• 客户端发送一个查询给服务器，并从套接字中读取，通常服务器的响应是在一个封闭的方式；
• 服务器处理命令并将响应返回给客户端；

管道的含义

管道的基本含义是：客户端可以发送多个请求给服务器，而不等待全部响应，最后在单个步骤中读取所有响应。

示例

要检查 Redis 管道只需要启动 Redis 实例，并在终端输入以下命令。

$(echo -en "PING\r\n SET tutorial redis\r\nGET tutorial\r\nINCR visitor\r\nINCR visitor\r\nINCR visitor\r\n"; sleep 10) | nc localhost 6379

+PONG
+OK
redis
:1
:2
:3

在上面的例子所示，了解使用 PING 命令连接 Redis，之后我们在 Redis 设定一个名为 tutorial 字符串值，之后拿到这个键对应的值并增加访问人数的三倍。在结果中，我们可以看到所有的命令都提交给 Redis 一次，Redis是给单步输出所有命令。

通道的好处

这种技术的好处是显着提高协议的性能。管道localhost 获得至少达到百倍的网络连接速度。

Redis分区

分区是将数据分割成多个 Redis 实例，使每个实例将只包含键子集的过程。

分区的好处

• 它允许更大的数据库，使用多台计算机的内存总和。如果不分区，只是一台计算机有限的内存可以支持的数据存储；
• 它允许按比例在多内核和多个计算机计算，以及网络带宽向多台计算机和网络适配器；

分区的劣势

• 涉及多个键的操作通常不支持。例如，如果它们被存储在被映射到不同的 Redis 实例键，则不能在两个集合之间执行交集；
• 涉及多个键时，Redis事务无法使用；
• 分区粒度是一个键，所以它不可能使用一个键和一个非常大的有序集合分享一个数据集；
• 当使用分区，数据处理比较复杂，比如要处理多个RDB/AOF文件，使数据备份需要从多个实例和主机聚集持久性文件；
• 添加和删除的容量可能会很复杂。例如：Redis的Cluster支持数据在运行时添加和删除节点是透明平衡的，但其他系统，如客户端的分区和代理服务器不支持此功能

分区类型

Redis 提供有两种类型的分区。假设我们有四个 redis 实例：R0，R1，R2，R3，分别表示用户用户如：user:1, user:2, ...等等

范围分区

范围分区被映射对象指定 Redis 实例在一个范围内完成。

在我们的例子中，用户从ID为 0 至 ID10000 将进入实例 R0，而用户 ID 10001到ID 20000 将进入实例 R1 等等。

散列分区

在这种类型的分区是一个散列函数（例如，模数函数）用于将键转换为数字数据，然后存储在不同的 redis 实例。