Redis

一.Redis入门

1.认识NoSQL

es中的索引，类型，文档分别对应mysql中的库，表，数据

1.1 什么是NoSQL

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• NoSQL最常见的解释是"non-relational"， 很多人也说它是"Not Only SQL"
• NoSQL仅仅是一个概念，泛指非关系型的数据库
• 区别于关系数据库，它们不保证关系数据的ACID特性
• NoSQL是一项全新的数据库革命性运动，提倡运用非关系型的数据存储，相对于铺天盖地的关系型数据库运用，这一概念无疑是一种全新的思维的注入
• 常见的NoSQL数据库有：Redis、MemCache、MongoDB等

1.2 NoSQL与SQL的差异

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	SQL	NoSQL
数据结构	结构化	非结构化
数据关联	关联的	无关联的
查询方式	SQL查询	非SQL
事务特性	ACID	BASE
存储方式	磁盘	内存
扩展性	垂直	水平
使用场景	1）数据结构固定 2）相关业务对数据安全性、一致性要求较高	1）数据结构不固定 2）对一致性、安全性要求不高 3）对性能要求

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。

Redis的特征：

• 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

3.安装Redis

3.1 前置准备

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本次安装Redis是基于Linux系统下安装的，因此需要一台Linux服务器或者虚拟机。

Ps：由于提供的CentOS操作系统为mini版，因此需要自行配置网络，不会配置的请联系我，如果您使用的是自己购买的服务器，请提前开放6379端口，避免后续出现的莫名其妙的错误！

• 虚拟机：VMware16

• 操作系统：CentOS-7-x86_64-Minimal-1708

• Redis：redis-6.2.6.tar

• xShell及xFtp：https://www.xshell.com/zh/free-for-home-school/

3.2 安装Redis依赖

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Redis是基于C语言编写的，因此首先需要安装Redis所需要的gcc依赖

yum install -y gcc tcl

安装成功如下图所示：

3.3 正式安装Redis

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• 将redis-6.2.6.tar上传至/usr/local/src目录

  

• 在xShell中cd到/usr/local/src目录执行以下命令进行解压操作

  tar -xzf redis-6.2.6.tar.gz
  

• 解压成功后依次执行以下命令

  cd redis-6.2.6
  make
  make install
  

• 安装成功后打开/usr/local/bin目录（该目录为Redis默认的安装目录）

  

4.启动Redis

Redis的启动方式有很多种，例如：前台启动、后台启动、开机自启

4.1 前台启动（不推荐）

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这种启动属于前台启动，会阻塞整个会话窗口，窗口关闭或者按下CTRL + C则Redis停止。不推荐使用。

• 安装完成后，在任意目录输入redis-server命令即可启动Redis

  redis-server
  

• 启动成功如下图所示

  

4.2 后台启动（不推荐）

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如果要让Redis以后台方式启动，则必须修改Redis配置文件，配置文件所在目录就是之前我们解压的安装包下

• 因为我们要修改配置文件，因此我们需要先将原文件备份一份

  cd /usr/local/src/redis-6.2.6
  

  cp redis.conf redis.conf.bck
  

• 然后修改redis.conf文件中的一些配置

  # 允许访问的地址，默认是127.0.0.1，会导致只能在本地访问。修改为0.0.0.0则可以在任意IP访问，生产环境不要设置为0.0.0.0
  bind 0.0.0.0
  # 守护进程，修改为yes后即可后台运行
  daemonize yes 
  # 密码，设置后访问Redis必须输入密码
  requirepass 1325
  

• Redis其他常用配置

  # 监听的端口
  port 6379
  # 工作目录，默认是当前目录，也就是运行redis-server时的命令，日志、持久化等文件会保存在这个目录
  dir .
  # 数据库数量，设置为1，代表只使用1个库，默认有16个库，编号0~15
  databases 1
  # 设置redis能够使用的最大内存
  maxmemory 512mb
  # 日志文件，默认为空，不记录日志，可以指定日志文件名
  logfile "redis.log"
  

• 启动Redis

  # 进入redis安装目录 
  cd /usr/local/src/redis-6.2.6
  # 启动
  redis-server redis.conf
  

• 停止Redis服务

  # 通过kill命令直接杀死进程
  kill -9 redis进程id
  

  # 利用redis-cli来执行 shutdown 命令，即可停止 Redis 服务，
  # 因为之前配置了密码，因此需要通过 -a 来指定密码
  redis-cli -a 132537 shutdown
  

4.3 开机自启（推荐）

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我们也可以通过配置来实现开机自启

• 首先，新建一个系统服务文件

  vi /etc/systemd/system/redis.service
  

• 将以下命令粘贴进去

  [Unit]
  Description=redis-server
  After=network.target
  
  [Service]
  Type=forking
  ExecStart=/usr/local/bin/redis-server /usr/local/src/redis-6.2.6/redis.conf
  PrivateTmp=true
  
  [Install]
  WantedBy=multi-user.target
  

• 然后重载系统服务

  systemctl daemon-reload
  

• 现在，我们可以用下面这组命令来操作redis了

  # 启动
  systemctl start redis
  # 停止
  systemctl stop redis
  # 重启
  systemctl restart redis
  # 查看状态
  systemctl status redis
  

• 执行下面的命令，可以让redis开机自启

  systemctl enable redis
  

二.Redis常见命令

我们可以通过Redis的中文文档：http://www.redis.cn/commands.html，来学习各种命令。

也可以通过菜鸟教程官网来学习：https://www.runoob.com/redis/redis-keys.html

1.Redis数据结构介绍

Redis是一个key-value的数据库，key一般是String类型，不过value的类型多种多样

2.通用命令

通用指令是部分数据类型的，都可以使用的指令，常见的有如下表格所示

指令	描述
keys *	查看符合模板的所有key，不建议在生产环境设备上使用
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（-1表示永久有效，-2表示已经过期）

可以通过help [command] 可以查看一个命令的具体用法！

3.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.

KEY	VALUE
msg	hello world
num	10
score	92.5

String的常见命令有如下表格所示

命令	描述
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（nx：not exist
SETEX	添加一个String类型的键值对，并且指定有效期

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。

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
heima:product:1

4.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。

• 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

  

• Hash的常见命令有：

  命令	描述
  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	hmset 和 hset 效果相同 ，4.0之后hmset可以弃用了
  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
  HVALS	获取一个hash类型的key中的所有的value
  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

5.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

命令	描述
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

思考问题

• 如何利用List结构模拟一个栈?

  • 先进后出，入口和出口在同一边

• 如何利用List结构模拟一个队列?

  • 先进先出，入口和出口在不同边

• 如何利用List结构模拟一个阻塞队列?

  • 入口和出口在不同边
  • 出队时采用BLPOP或BRPOP

6.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

命令	描述
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
SDIFF key1 key2 ...	求key1与key2的差集
SUNION key1 key2 ..	求key1和key2的并集

交集、差集、并集图示

7.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

命令	描述
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

三.面试题

1.缓存雪崩

定义：大量缓存数据在同一时间过期（失效）时，如果此时有大量的用户请求，都无法在 Redis 中处理，于是全部请求都直接访问数据库，从而导致数据库的压力骤增，严重的会造成数据库宕机，从而形成一系列连锁反应，造成整个系统崩溃

解决方案：

• 将缓存失效时间随机打散： 我们可以在原有的失效时间基础上增加一个随机值（比如 1 到 10 分钟）这样每个缓存的过期时间都不重复了，也就降低了缓存集体失效的概率。
• 设置缓存不过期： 我们可以通过后台服务来更新缓存数据，从而避免因为缓存失效造成的缓存雪崩，也可以在一定程度上避免缓存并发问题。

2.缓存击穿

定义：如果缓存中的某个热点数据过期了，此时大量的请求访问了该热点数据，就无法从缓存中读取，直接访问数据库，数据库很容易就被高并发的请求冲垮，这就是缓存击穿的问题

解决方案：

• 互斥锁方案（Redis 中使用 setNX 方法设置一个状态位，表示这是一种锁定状态），保证同一时间只有一个业务线程请求缓存，未能获取互斥锁的请求，要么等待锁释放后重新读取缓存，要么就返回空值或者默认值
• 不给热点数据设置过期时间，由后台异步更新缓存，或者在热点数据准备要过期前，提前通知后台线程更新缓存以及重新设置过期时间

3.缓存穿透

当发生缓存雪崩或击穿时，数据库中还是保存了应用要访问的数据，一旦缓存恢复相对应的数据，就可以减轻数据库的压力，而缓存穿透就不一样了

定义：当用户访问的数据，既不在缓存中，也不在数据库中，导致请求在访问缓存时，发现缓存缺失，再去访问数据库时，发现数据库中也没有要访问的数据，没办法构建缓存数据，来服务后续的请求。那么当有大量这样的请求到来时，数据库的压力骤增，这就是缓存穿透的问题

缓存穿透的发生一般有这两种情况：

• 业务误操作，缓存中的数据和数据库中的数据都被误删除了，所以导致缓存和数据库中都没有数据
• 黑客恶意攻击，故意大量访问某些读取不存在数据的业务

应对缓存穿透的方案，常见的方案有三种

• 非法请求的限制：当有大量恶意请求访问不存在的数据的时候，也会发生缓存穿透，因此在 API 入口处我们要判断求请求参数是否合理，请求参数是否含有非法值、请求字段是否存在，如果判断出是恶意请求就直接返回错误，避免进一步访问缓存和数据库

• 设置空值或者默认值：当我们线上业务发现缓存穿透的现象时，可以针对查询的数据，在缓存中设置一个空值或者默认值，这样后续请求就可以从缓存中读取到空值或者默认值，返回给应用，而不会继续查询数据库

• 使用布隆过滤器快速判断数据是否存在，避免通过查询数据库来判断数据是否存在：我们可以在写入数据库数据时，使用布隆过滤器做个标记，然后在用户请求到来时，业务线程确认缓存失效后，可以通过查询布隆过滤器快速判断数据是否存在，如果不存在，就不用通过查询数据库来判断数据是否存在，即使发生了缓存穿透，大量请求只会查询 Redis 和布隆过滤器，而不会查询数据库，保证了数据库能正常运行，Redis 自身也是支持布隆过滤器的