Redis（七）新数据类型、新功能
第一章 Redis新数据类型
1.1 Bitmaps
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
合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：
（1） 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。
（2） 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。
命令
1、setbit
（1）格式
setbit<key><offset><value>
设置Bitmaps中某个偏移量的值（0或1）
*offset:偏移量从0开始
（2）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：
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
（1）格式
getbit<key><offset>
获取Bitmaps中某个偏移量的值
获取键的第offset位的值（从0开始算）
（2）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。
（1）格式
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
（2）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
注意：redis的setbit设置或清除的是bit位置，而bitcount计算的是byte位置。
4、bitop
(1)格式
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。
(2)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:20201103unique: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
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 |
1.2 HyperLogLog
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（Unique Visitor，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：
（1）数据存储在MySQL表中，使用distinct count计算不重复个数
（2）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。
命令
1、pfadd
（1）格式
pfadd <key>< element> [element ...]
添加指定元素到 HyperLogLog 中
（2）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
（1）格式
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
（2）实例
3、pfmerge
（1）格式
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
（2）实例
1.3 Geospatial
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。
命令
1、geoadd
（1）格式
geoadd<key>< longitude><latitude><member> [longitude latitude member...]
添加地理位置（经度，纬度，名称）
（2）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
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
（1）格式
geopos <key><member> [member...]
获得指定地区的坐标值
（2）实例
3、geodist
（1）格式
geodist<key><member1><member2> [m|km|ft|mi ]
获取两个位置之间的直线距离
（2）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
（1）格式
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
（2）实例
第二章 Redis6.0 新功能
2.1 ACL
简介
Redis ACL是Access Control List（访问控制列表）的缩写，该功能允许根据可以执行的命令和可以访问的键来限制某些连接。
在Redis 5版本之前，Redis 安全规则只有密码控制 还有通过rename 来调整高危命令比如 flushdb ， KEYS* ， shutdown 等。Redis 6 则提供ACL的功能对用户进行更细粒度的权限控制 ：
（1）接入权限:用户名和密码
（2）可以执行的命令
（3）可以操作的 KEY
参考官网：https://redis.io/topics/acl
命令
1、使用acl list命令展现用户权限列表
（1）数据说明
2、使用acl cat命令
（1）查看添加权限指令类别
（2）加参数类型名可以查看类型下具体命令
3、使用acl whoami命令查看当前用户
4、使用aclsetuser命令创建和编辑用户ACL
（1）ACL规则
下面是有效ACL规则的列表。某些规则只是用于激活或删除标志，或对用户ACL执行给定更改的单个单词。其他规则是字符前缀，它们与命令或类别名称、键模式等连接在一起。
| ACL规则 | ||
|---|---|---|
| 类型 | 参数 | 说明 |
| 启动和禁用用户 | on | 激活某用户账号 |
| off | 禁用某用户账号。注意，已验证的连接仍然可以工作。如果默认用户被标记为off，则新连接将在未进行身份验证的情况下启动，并要求用户使用AUTH选项发送AUTH或HELLO，以便以某种方式进行身份验证。 | |
| 权限的添加删除 | + |
将指令添加到用户可以调用的指令列表中 |
| 从用户可执行指令列表移除指令 | ||
| +@ |
添加该类别中用户要调用的所有指令，有效类别为@admin、@set、@sortedset…等，通过调用ACL CAT命令查看完整列表。特殊类别@all表示所有命令，包括当前存在于服务器中的命令，以及将来将通过模块加载的命令。 | |
| -@ |
从用户可调用指令中移除类别 | |
| allcommands | +@all的别名 | |
| nocommand | -@all的别名 | |
| 可操作键的添加或删除 | ~ |
添加可作为用户可操作的键的模式。例如~*允许所有的键 |
（2）通过命令创建新用户默认权限
acl setuser user1
在上面的示例中，我根本没有指定任何规则。如果用户不存在，这将使用just created的默认属性来创建用户。如果用户已经存在，则上面的命令将不执行任何操作。
（3）设置有用户名、密码、ACL权限、并启用的用户
acl setuser user2 on >password ~cached:* +get
(4)切换用户，验证权限
2.2 IO多线程
简介
Redis6终于支撑多线程了，告别单线程了吗？
IO多线程其实指客户端交互部分的网络IO交互处理模块多线程，而非执行命令多线程。Redis6执行命令依然是单线程。
原理架构
Redis 6 加入多线程,但跟 Memcached 这种从 IO处理到数据访问多线程的实现模式有些差异。Redis 的多线程部分只是用来处理网络数据的读写和协议解析，执行命令仍然是单线程。之所以这么设计是不想因为多线程而变得复杂，需要去控制 key、lua、事务，LPUSH/LPOP 等等的并发问题。整体的设计大体如下:
另外，多线程IO默认也是不开启的，需要再配置文件中配置
io-threads-do-reads yes
io-threads 4
2.3 工具支持 Cluster
之前老版Redis想要搭集群需要单独安装ruby环境，Redis 5 将 redis-trib.rb 的功能集成到 redis-cli 。另外官方 redis-benchmark 工具开始支持 cluster 模式了，通过多线程的方式对多个分片进行压测。
2.4 Redis新功能持续关注
Redis6新功能还有：
1、RESP3新的 Redis 通信协议：优化服务端与客户端之间通信
2、Client side caching客户端缓存：基于 RESP3 协议实现的客户端缓存功能。为了进一步提升缓存的性能，将客户端经常访问的数据cache到客户端。减少TCP网络交互。
3、Proxy集群代理模式：Proxy 功能，让 Cluster 拥有像单实例一样的接入方式，降低大家使用cluster的门槛。不过需要注意的是代理不改变 Cluster 的功能限制，不支持的命令还是不会支持，比如跨 slot 的多Key操作。
4、Modules API
Redis 6中模块API开发进展非常大，因为Redis Labs为了开发复杂的功能，从一开始就用上Redis模块。Redis可以变成一个框架，利用Modules来构建不同系统，而不需要从头开始写然后还要BSD许可。Redis一开始就是一个向编写各种系统开放的平台。
