【基础篇】一文带你掌握 Redis
一、摘要
谈起 Redis，相信大家都不会陌生，做过云平台开发的程序员多多少少会接触到它，Redis 英文全称：Remote Dictionary Server，也被称之为远程字典服务。
从官方的定义看，Redis 是一款开源的，遵守 BSD 协议，使用 C 语言开发的 key-value 存储系统。简单的说，它是一款跨平台的非关系型数据库，支持优先内存存储，并提供多种语言的 API 客户端。
Redis 由一个叫 Salvatore Sanfilippo 的人开发而闻名世界，此人来自意大利的西西里岛，网名叫 antirez，如果你有兴趣，可以去他的博客逛逛，地址是 antirez.com。
不过从 2010 年起，Redis 的开发工作由 VMware 主持，到了 2013 年后，Redis 的开发由 Pivotal 赞助。
Redis 是当下互联网技术中使用最为广泛的缓存中间件之一，随着它在新浪微博中的使用而逐渐风靡国内。
虽然开源软件市场上也有很多优秀的缓存服务中间件，比如 memcache，但是和 redis 对比起来，redis 还是显得格外的突出，优势如下：
- 性能极高：Redis 能读的速度是 110000 次/s，写的速度是 81000次/s
- 数据类型丰富：支持 String，Hash，List，Set，Sorted Set 等数据类型的操作
- 支持原子性操作：Redis 的每条命令操作都是原子性的，Redis 的操作之所以是原子性的，是因为每条命令的执行都是单线程的，不存在线程竞争问题
- 存储方式多样化：memecache 把数据全部存在内存之中，断电后会挂掉；redis 支持数据的持久化，同时也支持数据的备份，即 master-slave 模式的数据备份
- 功能丰富：Redis 还支持 publish/subscribe，通知，key 过期等等特性
在分布式的架构环境下，Redis 基本上是缺一不可的缓存中间件，它能很好的解决服务与服务之间数据共享的问题，并且性能不受影响。
说了这么多，如何使用呢？我们一起来看看！
二、服务安装
2.1、Windows 环境
因为 redis 目前官方只支持 LINUX 系统，因此没有 Windows 版本的软件包，但是好在微软团队维护了开源的 windows 版本，虽然更新不算及时，但是对于普通测试使用足够了。
2.1.1、服务器安装
如果当前操作系统是 Windows 系统，访问如下的地址，获取对应的下载链接。
https://github.com/tporadowski/redis/releases
根据系统平台的实际情况选择，这里我们下载Redis-x64-xxx.zip压缩包到 C 盘，解压后，将文件夹重新命名为redis。
打开文件夹，内容如下：
然后，打开一个 cmd 窗口，使用 cd 命令切换目录到C:\redis，并且输入如下命令：
redis-server.exe redis.windows.conf
出现以上界面，表示redis服务器已经成功启动了。
2.1.2、客户端测试
如果想用安装包里面的客户端脚本测试一下服务，可以这样操作。
另启一个 cmd 窗口，原来的窗口不要关闭，不然就无法访问服务端了。
使用 cd 命令切换目录到C:\redis，并且输入如下命令：
redis-cli.exe -h 127.0.0.1 -p 6379
连接到服务器之后，输入写命令和取命令，相关命令如下：
#写数据测试
set myKey abc
#取数据测试
get myKey
2.2、Linux 环境
如果当前操作系统是 Linux 系统，访问如下的官方地址，获取最新的下载链接。
http://redis.io/download
2.2.1、服务器安装
本教程使用的最新文档版本为 6.2.6，下载并安装：
# wget https://download.redis.io/releases/redis-6.2.6.tar.gz
# tar xzf redis-6.2.6.tar.gz
# cd redis-6.2.6
# make
执行完make命令后，redis-6.2.6目录下会出现编译后的 redis 服务程序 redis-server，还有用于测试的客户端程序 redis-cli，两个程序位于安装目录 src 目录下。
执行下面的脚本，启动 redis 服务器。
# cd src
# ./redis-server
需要注意的地方是，这种方式启动 redis 使用的是默认配置，也可以通过参数告诉 redis 使用指定配置文件来启动服务，其中redis.conf是一个默认的配置文件，我们可以根据需要使用自己的自定义配置文件。
# cd src
# ./redis-server ../redis.conf
当出现Ready to accept connections时，表示服务已经启动成功。
2.2.2、客户端测试
同样的，如果想用安装包里面的客户端脚本测试一下服务，新创建一个命令窗口，这样操作。
# cd src
# ./redis-cli
redis> set foo bar
OK
redis> get foo
"bar"
2.2.3、参数配置
可能有的同学会发出一个疑问，如何将 Redis 改成后台服务？
也就是将窗体关闭也能正常提供服务，答案就藏在redis.conf这个配置文件里。
打开redis.conf文件，常用配置如下：
#绑定ip
bind 0.0.0.0
#启动端口
port 6379
# 是否运行远程访问
protected-mode yes
# 是否允许后台运行，默认no，将其改成yes
daemonize yes
# redis访问密码，根据需要设置，如果要打开，将#去掉
# requirepass foobared
# 数据库的数量
databases 16
修改配置，然后重启服务即可生效，操作如下：
# 寻找redis相关进程
ps -ef|grep redis
# 杀掉进程
kill -9 <pid>
# 重新启动redis
./redis-server ../redis.conf
2.2.3、配置详解
redis.conf详细配置项说明如下：
| 配置参数 | 说明 |
|---|---|
| bind 127.0.0.1 | 如果是内网可以直接绑定 127.0.0.1, 或者忽略, 0.0.0.0是外网 |
| port 6379 | 指定 Redis 监听端口，默认端口为 6379 |
| protected-mode yes | 是否运行远程访问，默认是yes |
| daemonize no | Redis 默认不是以守护进程的方式运行，可以通过该配置项修改，使用 yes 启用守护进程 |
| databases 16 | 设置数据库的数量，默认数据库为0，可以使用SELECT 命令在连接上指定数据库id |
| requirepass foobared | 设置 Redis 连接密码，如果配置了连接密码，客户端在连接 Redis 时需要通过 AUTH password 命令提供密码，默认关闭 |
| timeout 300 | 当客户端闲置多长秒后关闭连接，如果指定为 0 ，表示关闭该功能 |
| maxclients 128 | 设置同一时间最大客户端连接数，默认无限制，Redis 可以同时打开的客户端连接数为 Redis 进程可以打开的最大文件描述符数，如果设置 maxclients 0，表示不作限制。当客户端连接数到达限制时，Redis 会关闭新的连接并向客户端返回 max number of clients reached 错误信息 |
maxmemory <bytes> |
指定 Redis 最大内存限制，Redis 在启动时会把数据加载到内存中，达到最大内存后，Redis 会先尝试清除已到期或即将到期的 Key，当此方法处理 后，仍然到达最大内存设置，将无法再进行写入操作，但仍然可以进行读取操作。Redis 新的 vm 机制，会把 Key 存放内存，Value 会存放在 swap 区 |
| pidfile /var/run/redis.pid | 当 Redis 以守护进程方式运行时，Redis 默认会把 pid 写入 /var/run/redis.pid 文件，可以通过 pidfile 指定 |
| loglevel notice | 指定日志记录级别，Redis 总共支持四个级别：debug、verbose、notice、warning，默认为 notice |
| logfile stdout | 日志记录方式，默认为标准输出，如果配置 Redis 为守护进程方式运行，而这里又配置为日志记录方式为标准输出，则日志将会发送给 /dev/null |
save <seconds> <changes> |
指定在多长时间内，有多少次更新操作，就将数据同步到数据文件，可以多个条件配合，比如save 900 1，表示 900 秒内有 1 个更改 |
| rdbcompression yes | 指定存储至本地数据库时是否压缩数据，默认为 yes，Redis 采用 LZF 压缩，如果为了节省 CPU 时间，可以关闭该选项，但会导致数据库文件变的巨大 |
| dbfilename dump.rdb | 指定本地数据库文件名，默认值为 dump.rdb |
| dir ./ | 指定本地数据库存放目录 |
slaveof <masterip> <masterport> |
设置当本机为 slave 服务时，设置 master 服务的 IP 地址及端口，在 Redis 启动时，它会自动从 master 进行数据同步 |
masterauth <master-password> |
当 master 服务设置了密码保护时，slave 服务连接 master 的密码 |
| appendonly no | 指定是否在每次更新操作后进行日志记录，Redis 在默认情况下是异步的把数据写入磁盘，如果不开启，可能会在断电时导致一段时间内的数据丢失。因为 redis 本身同步数据文件是按上面 save 条件来同步的，所以有的数据会在一段时间内只存在于内存中。默认为 no |
| appendfilename appendonly.aof | 指定更新日志文件名，默认为 appendonly.aof |
| appendfsync everysec | 指定更新日志条件，共有 3 个可选值：no：表示等操作系统进行数据缓存同步到磁盘（快）；always：表示每次更新操作后手动调用 fsync() 将数据写到磁盘（慢，安全）；everysec：表示每秒同步一次（折中，默认值） |
| vm-enabled no | 指定是否启用虚拟内存机制，默认值为 no，简单的介绍一下，VM 机制将数据分页存放，由 Redis 将访问量较少的页即冷数据 swap 到磁盘上，访问多的页面由磁盘自动换出到内存中 |
| vm-swap-file /tmp/redis.swap | 虚拟内存文件路径，默认值为 /tmp/redis.swap，不可多个 Redis 实例共享 |
| vm-max-memory 0 | 将所有大于 vm-max-memory 的数据存入虚拟内存，无论 vm-max-memory 设置多小，所有索引数据都是内存存储的(Redis 的索引数据 就是 keys)，也就是说，当 vm-max-memory 设置为 0 的时候，其实是所有 value 都存在于磁盘。默认值为 0 |
| vm-page-size 32 | Redis swap 文件分成了很多的 page，一个对象可以保存在多个 page 上面，但一个 page 上不能被多个对象共享，vm-page-size 是要根据存储的 数据大小来设定的，作者建议如果存储很多小对象，page 大小最好设置为 32 或者 64bytes；如果存储很大大对象，则可以使用更大的 page，如果不确定，就使用默认值 |
| vm-pages 134217728 | 设置 swap 文件中的 page 数量，由于页表（一种表示页面空闲或使用的 bitmap）是在放在内存中的，，在磁盘上每 8 个 pages 将消耗 1byte 的内存 |
| vm-max-threads 4 | 设置访问swap文件的线程数,最好不要超过机器的核数,如果设置为0,那么所有对swap文件的操作都是串行的，可能会造成比较长时间的延迟。默认值为4 |
| glueoutputbuf yes | 设置在向客户端应答时，是否把较小的包合并为一个包发送，默认为开启 |
| activerehashing yes | 指定是否激活重置哈希，默认为开启（后面在介绍 Redis 的哈希算法时具体介绍） |
| include /path/to/local.conf | 指定包含其它的配置文件，可以在同一主机上多个Redis实例之间使用同一份配置文件，而同时各个实例又拥有自己的特定配置文件 |
2.3、Mac 环境
如果当前操作系统是 Mac 系统，同样的访问官方地址http://redis.io/download，下载最新的安装包。
然后本地解压，后续的操作跟linux一样，在此就不过多的介绍了！
三、命令行客户端
如果想要在 redis 服务上执行命令，需要一个 redis 客户端，而 Redis 客户端在我们下载的的 redis 的安装包里面，其实已经有了。
3.1、连接 redis
Redis 客户端的基本语法为
$ ./redis-cli
比如，连接本地的 redis 服务器（前提是已经启动成功）。
$ ./redis-cli
redis 127.0.0.1:6379>
redis 127.0.0.1:6379> PING
PONG
如果 redis 设置了密码，通过AUTH命令输入密码即可进入，方式如下：
$ ./redis-cli
redis 127.0.0.1:6379> AUTH "password"
redis 127.0.0.1:6379> PING
PONG
如果我们想连接远程 redis 服务器，可以通过如下语法方式实现。
$ ./redis-cli -h host -p port -a password
比如连接192.168.121.1，命令如下：
$redis-cli -h 192.168.121.1 -p 6379 -a "mypass"
redis 192.168.121.1:6379>
redis 192.168.121.1:6379> PING
PONG
默认连接的数据库是0，如果我们想切换数据库，可以通过如下方式实现切换！
# 使用 1 号数据库
redis 192.168.121.1:6379>SELECT 1
如果想要关闭当前连接，通过如下方式即可实现！
redis 192.168.121.1:6379>QUIT
3.2、常用的 crud 操作
以字符串为例，增删改查操作如下！
1、设置指定 key 的值， SET 在设置操作成功完成时，返回 OK。
redis 127.0.0.1:6379>SET mykey redis
OK
2、查询指定 key 的值，操作完成时，如果 key 不存在时，返回 (nil)
redis 127.0.0.1:6379>GET mykey
"redis"
3、检查指定 key 的值是否存在，操作完成时，若 key 存在返回 1 ，否则返回 0
redis 127.0.0.1:6379>EXISTS mykey
(integer) 1
4、删除指定 key 的值，操作完成时，返回被删除 key 的数量。
redis 127.0.0.1:6379>DEL mykey
(integer) 1
5、设置 key 的过期时间，以秒为单位，操作完成时，若成功返回 1 ，否则返回 0。
# 设置 mykey，60秒过期
redis 127.0.0.1:6379>EXPIRE mykey 60
(integer) 1
6、获取 key 的剩余过期时间，以秒为单位，操作完成时，当 key 不存在时，返回 -2；当 key 存在但没有设置剩余生存时间时，返回 -1；否则，以秒为单位，返回 key 的剩余生存时间。
redis 127.0.0.1:6379>TTL mykey
(integer) 60
7、通过 Incr 命令，实现指定的 key 原子性自增操作，每执行一次 Incr 命令，key 中储存的数字值增一，操作完成时，如果 key 不存在，那么 key 的值会先被初始化为 0，然后加 1，返回最后的结果。
redis 127.0.0.1:6379>INCR mykey
(integer) 1
当然，也可以在设置阶段，指定某个初始值数字，比如将mykey的自增初始值设置为10。
redis 127.0.0.1:6379>INCR mykey 10
(integer) 11
3.3、事务操作
Redis 也支持事务操作，Redis 事务可以一次执行多个命令， 并且带有以下三个重要的保证：
- 1.批量操作在发送 EXEC 命令前被放入队列缓存
- 2.收到 EXEC 命令后进入事务执行，事务中任意命令执行失败，其余的命令依然被执行
- 3.在事务执行过程，其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中
一个事务从开始到执行会经历以下三个阶段：
- 1.开始事务
- 2.命令入队
- 3.执行事务
以某个事务操作为例， 我们先以 MULTI 开始一个事务， 然后将多个命令入队到事务中， 最后由 EXEC 命令触发事务， 一并执行事务中的所有命令，过程如下：
redis 127.0.0.1:6379> multi
OK
redis 127.0.0.1:6379> set a aaa
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> set b bbb
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> set c ccc
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> exec
1) OK
2) OK
3) OK
特别注意的地方是：单个 Redis 命令的执行是原子性的，但 Redis 没有在事务上增加任何维持原子性的机制，所以 Redis 事务的执行并不是原子性的。
事务可以理解为一个打包的批量执行脚本，但批量指令并非原子化的操作，中间某条指令的失败不会导致前面已做指令的回滚，也不会造成后续的指令不做。
也就是说，如果在set b bbb处失败，set a aaa已成功不会回滚，set c ccc还会继续执行，当set b bbb处执行失败，这个事务是不会回滚的。
但是如果执行过程中，命令不存在或者是命令参数不对，这个时候 redis 的事务执行会失败，并返回错误信息给客户端；如果是命令逻辑上的执行失败，redis 的事务无法感知，会继续执行下去。
3.4、Lua 脚本操作
在上面我们也介绍到了，Redis 事务的执行并不能完全保证原子性，那么如何将一批命令操作做到原子性操作呢？
Redis 支持通过 Lua 脚本来实现一批命令原子性操作，执行脚本的常用命令为 EVAL。
Eval 命令的基本语法如下：
redis 127.0.0.1:6379> EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]
比如简单的赋值操作如下：
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"
比如我们给指定的key设置指定值value，并且设置过期时间60秒，实现原子性操作，如果操作成功就返回 1，否则返回 0，内容如下：
redis 127.0.0.1:6379>EVAL "if redis.call('setnx', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 then return redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) else return 0 end" 1 key1 hello 60
(integer) 1
获取指定key的值，如果存在就删除key，实现原子性操作，如果操作成功就返回 1，否则返回 0，内容如下：
redis 127.0.0.1:6379>EVAL "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end" 1 key1 hello
(integer) 1
以上就是实现常用的分布式加锁、解锁原子性操作的 lua 脚本。
四、可视化客户端
对于开发者来说，使用客户端命令来操作 redis 非常不便捷，因此诞生了很多的基于 redis 的可视化客户端，今天我们就一起来看看有哪些免费又好用的客户端工具。
4.1、Redis Desktop Manager
Redis Desktop Manager 应该是现在使用率最广的可视化工具了，存在时间很久，经过了数次迭代，基于 Qt 5 开发，支持跨平台支持。
以前是免费的，不过现在改成收费工具，试用期可以有半个月的时间，最新版的访问地址如下！
https://github.com/uglide/RedisDesktopManager/releases
测评：界面看着比较简洁，该有的功能都有，功能很全，key 的显示可以支持按冒号分割的键名空间。
免费版本的下载地址如下！
百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1rMWR-OQnfsxJ3_HSqEE8xw
提取码：tebu
4.2、medis2
medis2 是 mac 系统中使用率最高的 redis 可视化工具，布局简洁，界面美观，关键还免费，最新版的访问地址如下！
https://getmedis.com/
测评：软件颜值挺高，功能符合日常使用要求，对 key 有颜色鲜明的图标标识，在key的搜索上挺方便的，可以模糊搜索出匹配的 key，渐进式的 scan，无明显卡顿，在搜索的体验上还是比较出色的，不过对操作系统要求很高，要求 MacOS 11.0 以上才能安装，如果当前你的操作系统低于以上，只有升级或者换别的软件！
4.3、AnotherRedisDesktopManager
AnotherRedisDesktopManager 是一款比较稳定简洁的 redis UI工具，国人开发，支持跨平台，完全免费，最新版的访问地址如下！
https://github.com/qishibo/AnotherRedisDesktopManager
测评：基本的功能都有，有监控统计，支持暗黑主题，还支持集群的添加，是一款非常不错的可视化客户端。
4.4、Redis Insight
Redis Insight 是目前官方推荐的一款 redis 可视化工具，功能非常丰富，支持跨平台，完全免费，最新版的访问地址如下！
https://redis.com/redis-enterprise/redis-insight/
测评：相比于其他可视化工具，RedisInsight 实现的功能更强大、执行效率更改，通用性更好，出了 CRUD 基本功能的支持，还支持内存分析、指标监控、发布/订阅、慢命令日志查询等等。
五、小结
本文主要围绕redis的一些基本知识，做了一次简单的总结，包括软件安装、基本命令操作、可视化客户端介绍。
内容难免有些遗漏和不足，欢迎网友留言指出！
