Redis快速入门

Redis快速入门

本文只对Redis的常见命令和客户端使用做介绍

1.初识Redis

Redis是一种键值型的NoSql数据库,这里有两个关键字:

  • 键值型
  • NoSql

其中键值型,是指Redis中存储的数据都是以key、value对的形式存储,而value的形式多种多样,可以是字符串、数值、甚至json:

Redis快速入门插图

而NoSql则是相对于传统关系型数据库而言,有很大差异的一种数据库。

1.1.认识NoSQL

NoSql可以翻译做Not Only Sql(不仅仅是SQL),或者是No Sql(非Sql的)数据库。是相对于传统关系型数据库而言,有很大差异的一种特殊的数据库,因此也称之为非关系型数据库

1.1.1.结构化与非结构化

传统关系型数据库是结构化数据,每一张表都有严格的约束信息:字段名、字段数据类型、字段约束等等信息,插入的数据必须遵守这些约束:

Redis快速入门插图1

而NoSql则对数据库格式没有严格约束,往往形式松散,自由。

  • 可以是键值型:

Redis快速入门插图2

  • 也可以是文档型:

Redis快速入门插图3

  • 甚至可以是图格式:

Redis快速入门插图4

1.1.2.关联和非关联

传统数据库的表与表之间往往存在关联,例如外键:

Redis快速入门插图5

而非关系型数据库不存在关联关系,要维护关系要么靠代码中的业务逻辑,要么靠数据之间的耦合

{
  id: 1,
  name: "张三",
  orders: [
    {
       id: 1,
       item: {
	 id: 10, title: "荣耀6", price: 4999
       }
    },
    {
       id: 2,
       item: {
	 id: 20, title: "小米11", price: 3999
       }
    }
  ]
}

此处要维护“张三”的订单与商品“荣耀”和“小米11”的关系,不得不冗余的将这两个商品保存在张三的订单文档中,不够优雅。还是建议用业务来维护关联关系。

1.1.3.查询方式

  • 传统关系型数据库会基于Sql语句做查询,语法有统一标准;

  • 而不同的非关系数据库查询语法差异极大,五花八门各种各样。

Redis快速入门插图6

1.1.4.事务

传统关系型数据库能满足事务ACID的原则。

传统关系型数据库能满足事务ACID的原则。

Redis快速入门插图7

而非关系型数据库往往不支持事务,或者不能严格保证ACID的特性,只能实现基本的一致性。

1.1.5.总结

除了上述四点以外,在存储方式、扩展性、查询性能上关系型与非关系型也都有着显著差异,总结如下:

Redis快速入门插图8

  • 存储方式
    • 关系型数据库基于磁盘进行存储,会有大量的磁盘IO,对性能有一定影响
    • 非关系型数据库,他们的操作更多的是依赖于内存来操作,内存的读写速度会非常快,性能自然会好一些
  • 扩展性
    • 关系型数据库集群模式一般是主从,主从数据一致,起到数据备份的作用,称为垂直扩展
    • 非关系型数据库可以将数据拆分,存储在不同机器上,可以保存海量数据,解决内存大小有限的问题。称为水平扩展
    • 关系型数据库因为表之间存在关联关系,如果做水平扩展会给数据查询带来很多麻烦。(分库分表)

1.2.认识Redis

Redis诞生于2009年全称是Remote Dictionary Server 远程词典服务器,是一个基于内存的键值型NoSQL数据库。

  • 特征

    • 键值(key-value)型,value支持多种不同数据结构,功能丰富
    • 单线程,每个命令具备原子性
    • 低延迟,速度快(基于内存、IO多路复用、良好的编码)。
    • 支持数据持久化
    • 支持主从集群、分片集群
    • 支持多语言客户端

作者:Antirez

Redis的官方网站地址:https://redis.io/

1.3.安装Redis

安装文章 附带可视化工具


2.Redis常见命令

Redis是典型的key-value数据库,key一般是字符串,而value包含很多不同的数据类型:

Redis快速入门插图9

Redis快速入门插图10

不同类型的命令称为一个group,我们也可以通过help命令来查看各种不同group的命令:

是在redis客户端执行命令

Redis快速入门插图11

接下来,我们就学习常见的五种基本数据类型的相关命令。

2.1.Redis通用命令

通用指令是部分数据类型的,都可以使用的指令,常见的有:

  • KEYS:查看符合模板的所有key
  • DEL:删除一个指定的key
  • EXISTS:判断key是否存在
  • EXPIRE:给一个key设置有效期,有效期到期时该key会被自动删除
  • TTL:查看一个KEY的剩余有效期

通过help [command] 可以查看一个命令的具体用法,例如:

# 查看keys命令的帮助信息:
127.0.0.1:6379> help keys

KEYS pattern
summary: Find all keys matching the given pattern
since: 1.0.0
group: generic

2.2.String类型

String类型,也就是字符串类型,是Redis中最简单的存储类型。

其value是字符串,不过根据字符串的格式不同,又可以分为3类:

  • string:普通字符串
  • int:整数类型,可以做自增、自减操作
  • float:浮点类型,可以做自增、自减操作

不管是哪种格式,底层都是字节数组形式存储,只不过是编码方式不同。字符串类型的最大空间不能超过512m.

Redis快速入门插图12

2.2.1.String的常见命令

String的常见命令有:

  • SET:添加或者修改已经存在的一个String类型的键值对
  • GET:根据key获取String类型的value
  • MSET:批量添加多个String类型的键值对
  • MGET:根据多个key获取多个String类型的value
  • INCR:让一个整型的key自增1
  • INCRBY:让一个整型的key自增并指定步长,例如:incrby num 2 让num值自增2
  • INCRBYFLOAT:让一个浮点类型的数字自增并指定步长
  • SETNX:添加一个String类型的键值对,前提是这个key不存在,否则不执行
  • SETEX:添加一个String类型的键值对,并且指定有效期

2.2.2.Key结构

Redis没有类似MySQL中的Table的概念,我们该如何区分不同类型的key呢?

例如,需要存储用户、商品信息到redis,有一个用户id是1,有一个商品id恰好也是1,此时如果使用id作为key,那就会冲突了,该怎么办?

我们可以通过给key添加前缀加以区分,不过这个前缀不是随便加的,有一定的规范:

Redis的key允许有多个单词形成层级结构,多个单词之间用':'隔开,格式如下:

	项目名:业务名:类型:id

这个格式并非固定,也可以根据自己的需求来删除或添加词条。这样以来,我们就可以把不同类型的数据区分开了。从而避免了key的冲突问题。

例如我们的项目名称叫 heima,有user和product两种不同类型的数据,我们可以这样定义key:

  • user相关的key:heima:user:1

  • product相关的key:heima:product:1

如果Value是一个Java对象,例如一个User对象,则可以将对象序列化为JSON字符串后存储:

KEY VALUE
heima:user:1 {"id":1, "name": "Jack", "age": 21}
heima:product:1 {"id":1, "name": "小米11", "price": 4999}

并且,在Redis的桌面客户端中,还会以相同前缀作为层级结构,让数据看起来层次分明,关系清晰:

Redis快速入门插图13

2.3.Hash类型

Hash类型,也叫散列,其value是一个无序字典,类似于Java中的HashMap结构。

String结构是将对象序列化为JSON字符串后存储,当需要修改对象某个字段时很不方便:

Redis快速入门插图14

Hash结构可以将对象中的每个字段独立存储,可以针对单个字段做CRUD:

Redis快速入门插图15

Hash的常见命令有:

  • HSET key field value:添加或者修改hash类型key的field的值

  • HGET key field:获取一个hash类型key的field的值

  • HMSET:批量添加多个hash类型key的field的值

  • HMGET:批量获取多个hash类型key的field的值

  • HGETALL:获取一个hash类型的key中的所有的field和value

  • HKEYS:获取一个hash类型的key中的所有的field

  • HINCRBY:让一个hash类型key的字段值自增并指定步长

  • HSETNX:添加一个hash类型的key的field值,前提是这个field不存在,否则不执行

2.4.List类型

Redis中的List类型与Java中的LinkedList类似,可以看做是一个双向链表结构。既可以支持正向检索和也可以支持反向检索。

特征也与LinkedList类似:

  • 有序
  • 元素可以重复
  • 插入和删除快
  • 查询速度一般

常用来存储一个有序数据,例如:朋友圈点赞列表,评论列表等。

List的常见命令有:

  • LPUSH key element ... :向列表左侧插入一个或多个元素
  • LPOP key:移除并返回列表左侧的第一个元素,没有则返回nil
  • RPUSH key element ... :向列表右侧插入一个或多个元素
  • RPOP key:移除并返回列表右侧的第一个元素
  • LRANGE key star end:返回一段角标范围内的所有元素
  • BLPOP和BRPOP:与LPOP和RPOP类似,只不过在没有元素时等待指定时间,而不是直接返回nil

问题

  • 如何用list模拟栈

Redis快速入门插图16

  • 如何用list模拟队列

Redis快速入门插图17

  • 如何用list模拟阻塞队列

2.5.Set类型

Redis的Set结构与Java中的HashSet类似,可以看做是一个value为null的HashMap。因为也是一个hash表,因此具备与HashSet类似的特征:

  • 无序

  • 元素不可重复

  • 查找快

  • 支持交集、并集、差集等功能

Set的常见命令有:

  • SADD key member ... :向set中添加一个或多个元素
  • SREM key member ... : 移除set中的指定元素
  • SCARD key: 返回set中元素的个数
  • SISMEMBER key member:判断一个元素是否存在于set中
  • SMEMBERS:获取set中的所有元素
  • SINTER key1 key2 ... :求key1与key2的交集 (共有的)
  • SINTER key1 key2 ... :求key1与key2的差集 (key1有 key2没有)
  • SUNION key1 key2 ... :求key1与key2的并集 (所有的,去掉重复)

例如两个集合:s1和s2:

Redis快速入门插图18

求交集:SINTER s1 s2

求s1与s2的不同:SDIFF s1 s2

Redis快速入门插图19

练习:

  1. 将下列数据用Redis的Set集合来存储:
  • 张三的好友有:李四、王五、赵六

Redis快速入门插图20

  • 李四的好友有:王五、麻子、二狗

Redis快速入门插图21

  1. 利用Set的命令实现下列功能:
  • 计算张三的好友有几人

Redis快速入门插图22

  • 计算张三和李四有哪些共同好友

Redis快速入门插图23

  • 查询哪些人是张三的好友却不是李四的好友

Redis快速入门插图24

  • 查询张三和李四的好友总共有哪些人

    Redis快速入门插图25

  • 判断李四是否是张三的好友

Redis快速入门插图26

  • 判断张三是否是李四的好友

Redis快速入门插图27

  • 将李四从张三的好友列表中移除

Redis快速入门插图28

2.6.SortedSet类型

Redis的SortedSet是一个可排序的set集合,与Java中的TreeSet有些类似,但底层数据结构却差别很大。SortedSet中的每一个元素都带有一个score属性,可以基于score属性对元素排序,底层的实现是一个跳表(SkipList)加 hash表。

SortedSet具备下列特性:

  • 可排序
  • 元素不重复
  • 查询速度快

因为SortedSet的可排序特性,经常被用来实现排行榜这样的功能。

SortedSet的常见命令有:

  • ZADD key score member:添加一个或多个元素到sorted set ,如果已经存在则更新其score值
  • ZREM key member:删除sorted set中的一个指定元素
  • ZSCORE key member : 获取sorted set中的指定元素的score值
  • ZRANK key member:获取sorted set 中的指定元素的排名
  • ZCARD key:获取sorted set中的元素个数
  • ZCOUNT key min max:统计score值在给定范围内的所有元素的个数
  • ZINCRBY key increment member:让sorted set中的指定元素自增,步长为指定的increment值
  • ZRANGE key min max:按照score排序后,获取指定排名范围内的元素
  • ZRANGEBYSCORE key min max:按照score排序后,获取指定score范围内的元素
  • ZDIFF、ZINTER、ZUNION:求差集、交集、并集

注意:所有的排名默认都是升序,如果要降序则在命令的Z后面添加REV即可,例如:

  • 升序获取sorted set 中的指定元素的排名:ZRANK key member

  • 降序获取sorted set 中的指定元素的排名:ZREVRANK key memeber

练习题:

将班级的下列学生得分存入Redis的SortedSet中:

Jack 85, Lucy 89, Rose 82, Tom 95, Jerry 78, Amy 92, Miles 76

Redis快速入门插图29

并实现下列功能:

  • 删除Tom同学

Redis快速入门插图30

  • 获取Amy同学的分数

Redis快速入门插图31

  • 获取Rose同学的排名

Redis快速入门插图32

  • 查询80分以下有几个学生

Redis快速入门插图33

  • 给Amy同学加2分

Redis快速入门插图34

  • 查出成绩前3名的同学

Redis快速入门插图35

  • 查出成绩80分以下的所有同学

Redis快速入门插图36

3.Redis的Java客户端

在Redis官网中提供了各种语言的客户端,地址:https://redis.io/docs/clients/

Redis快速入门插图37

其中Java客户端也包含很多:

Redis快速入门插图38

标记为*的就是推荐使用的java客户端,包括:

  • Jedis和Lettuce:这两个主要是提供了Redis命令对应的API,方便我们操作Redis,而SpringDataRedis又对这两种做了抽象和封装,因此我们后期会直接以SpringDataRedis来学习。(SpringBoot默认使用的是Lettuce)
  • Redisson:是在Redis基础上实现了分布式的可伸缩的java数据结构,例如Map、Queue等,而且支持跨进程的同步机制:Lock、Semaphore等待,比较适合用来实现特殊的功能需求。

3.1.Jedis客户端

Jedis的官网地址: https://github.com/redis/jedis

3.1.1.快速入门

我们先来个快速入门:

1)引入依赖:



    redis.clients
    jedis
    3.7.0



    org.junit.jupiter
    junit-jupiter
    5.7.0
    test

2)建立连接

新建一个单元测试类,内容如下:

private Jedis jedis;

@BeforeEach
void setUp() {
    // 1.建立连接
    // jedis = new Jedis("192.168.150.101", 6379);
    jedis = JedisConnectionFactory.getJedis();
    // 2.设置密码
    jedis.auth("123321");
    // 3.选择库
    jedis.select(0);
}

3)测试:

@Test
void testString() {
    // 存入数据
    String result = jedis.set("name", "虎哥");
    System.out.println("result = " + result);
    // 获取数据
    String name = jedis.get("name");
    System.out.println("name = " + name);
}

@Test
void testHash() {
    // 插入hash数据
    jedis.hset("user:1", "name", "Jack");
    jedis.hset("user:1", "age", "21");

    // 获取
    Map map = jedis.hgetAll("user:1");
    System.out.println(map);
}

4)释放资源

@AfterEach
void tearDown() {
    if (jedis != null) {
        jedis.close();
    }
}

3.1.2.连接池

Jedis本身是线程不安全的,并且频繁的创建和销毁连接会有性能损耗,因此我们推荐大家使用Jedis连接池代替Jedis的直连方式。

连接池的作用就是解决频繁的创建和销毁带来的性能损耗

package com.heima.jedis.util;

import redis.clients.jedis.*;

public class JedisConnectionFactory {

    private static JedisPool jedisPool;

    static {
        // 配置连接池
        JedisPoolConfig poolConfig = new JedisPoolConfig();
        poolConfig.setMaxTotal(8); // 最大连接数量
        poolConfig.setMaxIdle(8); // 空闲时保留的最大连接数量
        poolConfig.setMinIdle(0);// 空闲时保留的最小连接数量
        poolConfig.setMaxWaitMillis(1000); //当没有连接时 最多等待1秒 1s后报错
        // 创建连接池对象,参数:连接池配置、服务端ip、服务端端口、超时时间、密码
        jedisPool = new JedisPool(poolConfig, "192.168.150.101", 6379, 1000, "123321");
    }

     /**
     * 获取jedis连接
     */
    public static Jedis getJedis(){
        return jedisPool.getResource();
    }
}

3.2.SpringDataRedis客户端

SpringData是Spring中数据操作的模块,包含对各种数据库的集成,其中对Redis的集成模块就叫做SpringDataRedis,官网地址:https://spring.io/projects/spring-data-redis

  • 提供了对不同Redis客户端的整合(Lettuce和Jedis)
  • 提供了RedisTemplate统一API来操作Redis
  • 支持Redis的发布订阅模型
  • 支持Redis哨兵和Redis集群
  • 支持基于Lettuce的响应式编程
  • 支持基于JDK、JSON、字符串、Spring对象的数据序列化及反序列化
  • 支持基于Redis的JDKCollection实现

SpringDataRedis中提供了RedisTemplate工具类,其中封装了各种对Redis的操作。并且将不同数据类型的操作API封装到了不同的类型中:

Redis快速入门插图39

3.2.1.快速入门

SpringBoot已经提供了对SpringDataRedis的支持,使用非常简单。

首先,新建一个maven项目,然后按照下面步骤执行:

1)引入依赖



    4.0.0
    
        org.springframework.boot
        spring-boot-starter-parent
        2.5.7
         
    
    com.heima
    redis-demo
    0.0.1-SNAPSHOT
    redis-demo
    Demo project for Spring Boot
    
        1.8
    
    
        
        
            org.springframework.boot
            spring-boot-starter-data-redis
        
        
        
            org.apache.commons
            commons-pool2
        
        
        
            com.fasterxml.jackson.core
            jackson-databind
        
        
            org.projectlombok
            lombok
            true
        
        
            org.springframework.boot
            spring-boot-starter-test
            test
        
    

    
        
            
                org.springframework.boot
                spring-boot-maven-plugin
                
                    
                        
                            org.projectlombok
                            lombok
                        
                    
                
            
        
    


2)配置Redis

spring:
  redis:
    host: 192.168.150.101
    port: 6379
    password: 123321
    lettuce:
      pool:
        max-active: 8
        max-idle: 8
        min-idle: 0
        max-wait: 100ms

3)注入RedisTemplate

因为有了SpringBoot的自动装配,我们可以拿来就用:

@SpringBootTest
class RedisStringTests {

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;
}

4)编写测试

@SpringBootTest
class RedisStringTests {

    @Autowired
    private RedisTemplate edisTemplate;

    @Test
    void testString() {
        // 写入一条String数据
        redisTemplate.opsForValue().set("name", "虎哥");
        // 获取string数据
        Object name = stringRedisTemplate.opsForValue().get("name");
        System.out.println("name = " + name);
    }
}

3.2.2.自定义序列化

RedisTemplate可以接收任意Object作为值写入Redis:

Redis快速入门插图40

只不过写入前会把Object序列化为字节形式,默认是采用JDK序列化,得到的结果是这样的:

Redis快速入门插图41

缺点:

  • 可读性差
  • 内存占用较大

我们可以自定义RedisTemplate的序列化方式,代码如下:

@Configuration
public class RedisConfig {

    @Bean
    public RedisTemplate redisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory){
        // 创建RedisTemplate对象
        RedisTemplate template = new RedisTemplate();
        // 设置连接工厂
        template.setConnectionFactory(connectionFactory);
        // 创建JSON序列化工具
        GenericJackson2JsonRedisSerializer jsonRedisSerializer = 
            							new GenericJackson2JsonRedisSerializer();
        // 设置Key的序列化
        template.setKeySerializer(RedisSerializer.string());
        template.setHashKeySerializer(RedisSerializer.string());
        // 设置Value的序列化
        template.setValueSerializer(jsonRedisSerializer);
        template.setHashValueSerializer(jsonRedisSerializer);
        // 返回
        return template;
    }
}

这里采用了JSON序列化来代替默认的JDK序列化方式。最终结果如图:

Redis快速入门插图42

整体可读性有了很大提升,并且能将Java对象自动的序列化为JSON字符串,并且查询时能自动把JSON反序列化为Java对象。不过,其中记录了序列化时对应的class名称,目的是为了查询时实现自动反序列化。这会带来额外的内存开销

3.2.3.StringRedisTemplate(推荐)

为了节省内存空间,我们可以不使用JSON序列化器来处理value,而是统一使用String序列化器,要求只能存储String类型的key和value。当需要存储Java对象时,手动完成对象的序列化和反序列化。

Redis快速入门插图43

因为存入和读取时的序列化及反序列化都是我们自己实现的,SpringDataRedis就不会将class信息写入Redis了。

这种用法比较普遍,因此SpringDataRedis就提供了RedisTemplate的子类:StringRedisTemplate,它的key和value的序列化方式默认就是String方式。

Redis快速入门插图44

省去了我们自定义RedisTemplate的序列化方式的步骤,而是直接使用:

@Autowired
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
// JSON序列化工具
private static final ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();

@Test
void testSaveUser() throws JsonProcessingException {
    // 创建对象
    User user = new User("虎哥", 21);
    // 手动序列化
    String json = mapper.writeValueAsString(user);
    // 写入数据
    stringRedisTemplate.opsForValue().set("user:200", json);

    // 获取数据
    String jsonUser = stringRedisTemplate.opsForValue().get("user:200");
    // 手动反序列化
    User user1 = mapper.readValue(jsonUser, User.class);
    System.out.println("user1 = " + user1);
}

文章来源于互联网:Redis快速入门

THE END
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