Redis可以用来做什么

1. 缓存
2. 排行榜系统
3. 计数器应用（如统计文章阅读次数）
4. 社交网络(踩，赞、共同好友等)
5. 消息队列系统(利用list结构的lpush()和rbpop()可以很容易的实现一个消息队列)

Redis的8个特性：速度快、基于键值对的数据结构服务器、功能丰富、简单稳定、客户端语言多、持久化、主从复制、支持高可用和分布式。

全局命令

数据结构和内存编码

可以通过type命令查看当前键的数据类型，Redis支持string（字符串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合），但这些只是Redis对外的数据结构。实际上每种数据结构都有自己底层的内部编码实现，而且是多种实现，这样Redis会在合适的场景选择合适的内部编码。

Redis3.2提供了quicklist，结合了ziplist和linkedlist两者，的优势，为列表类型提供了一种更为优秀的内部编码实现。

单线程架构

Redis使用了单线程架构和I/O多路复用模型来实现高性能的内存数据库服务
Redis是单线程来处理命令的，所以一条命令从客户端达到服务端不会立刻被执行，所有命令都会进入一个队列中，然后逐个被执行。所以客户端命令的执行顺序是不确定的（如图2-4所示），但是可以确定不会有两条命令被同时执行。不会产生并发问题，这就是Redis单线程的基本模型。但是像发送命令、返回结果、命令排队肯定不像描述的这么简单，Redis使用了I/O多路复用技术来解决I/O的问题。

为什么Redis使用单线程速度还这么快

1. 第一，纯内存访问，Redis将所有数据放在内存中，内存的响应时长大约为100纳秒，这是Redis达到每秒万级别访问的重要基础。
2. 第二，非阻塞I/O，Redis使用epoll作为I/O多路复用技术的实现，再加上Redis自身的事件处理模型将epoll中的连接、读写、关闭都转换为事件，不在网络I/O上浪费过多的时间
3. 第三，单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗。

但是单线程会有一个问题：对于每个命令的执行时间是有要求的。如果某个命令执行过长，会造成其他命令的阻塞，对于Redis这种高性能的服务来说是致命的，所以Redis是面向快速执行场景的数据库。

字符串

键都是字符串类型，而且其他几种数据结构都是在字符串类型基础上构建的。字符串类型的值实际可以是字符串（简单的字符串、复杂的字符串（例如JSON、XML））、数字（整数、浮点数），甚至是二进制（图片、音频、视频），但是值最大不能超过512MB。

命令

内部编码

字符串类型的内部编码有3种：

• int：设置的值为8个字节的长整型数字时使用。
• embstr：设置的值为小于等于39个字节的字符串时使用。
• raw：设置的值为大于39个字节的字符串时使用。

Redis会根据当前值的类型和长度决定使用哪种内部编码实现。

典型使用场景

缓存功能

Redis作为缓存层，MySQL作为存储层，绝大部分请求的热点数据都从Redis中获取。由于Redis具有支撑高并发的特性，所以缓存通常能起到加速读写和降低后端压力的作用。

计数

使用Redis作为计数的基础工具，它可以实现快速计数、查询缓存的功能，同时数据可以异步落地到其他数据源。视频播放数系统可以使用Redis作为视频播放数计数的基础组件，用户每播放一次视频，相应的视频播放数就会自增1

共享session

一个分布式Web服务将用户的Session信息（例如用户登录信息）保存在各自服务器中，这样会造成一个问题，出于负载均衡的考虑，分布式服务会将用户的访问均衡到不同服务器上，用户刷新一次访问可能会发现需要重新登录，这个问题是用户无法容忍的。为了解决这个问题，可以使用Redis将用户的Session进行集中管理，在这种模式下只要保证Redis是高可用和扩展性的，每次用户更新或者查询登录信息都直接从Redis中集中获取。

限速

很多应用出于安全的考虑，会在每次进行登录时，让用户输入手机验证码，从而确定是否是用户本人。但是为了短信接口不被频繁访问，会限制用户每分钟获取验证码的频率，例如一分钟不能超过5次。此功能可以使用Redis来实现，利用Redis可以设置键过期的功能，在用户首次访问时为其新建一个带有过期时间的key（如60秒）,在这个key过期之前，都不允许用户再次申请短信验证码。

哈希

在Redis中，哈希类型是指对应key的value本身又是一个键值对结构，形如value={{field1，value1}，…{fieldN，valueN}}。

命令

内部编码

哈希类型的内部编码有两种：

• ziplist（压缩列表）：当哈希类型元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置（默认512个）、同时所有值都小于hash-max-ziplist-value配置（默认64字节）时，Redis会使用ziplist作为哈希的内部实现，ziplist使用更加紧凑的结构实现多个元素的连续存储，所以在节省内存方面比hashtable更加优秀。
• hashtable（哈希表）：当哈希类型无法满足ziplist的条件时，Redis会使用hashtable作为哈希的内部实现，因为此时ziplist的读写效率会下降，而hashtable的读写时间复杂度为O（1）。

哈希类型和关系型数据库有两点不同之处

• 哈希类型是稀疏的，而关系型数据库是完全结构化的，例如哈希类型每个键可以有不同的field，而关系型数据库一旦添加新的列，所有行都要为其设置值（即使为NULL）。
• 关系型数据库可以做复杂的关系查询，而Redis去模拟关系型复杂查询开发困难，维护成本高

列表

列表（list）类型是用来存储多个有序的字符串，列表中的每个字符串称为元素（element），一个列表最多可以存储$2_32 -1$个元素。在Redis中，可以对列表两端插入（push）和弹出（pop），还可以获取指定范围的元素列表、获取指定索引下标的元素等。列表是一种比较灵活的数据结构，它可以充当栈和队列的角色，在实际开发上有很多应用场景。

列表类型有两个特点：
第一、列表中的元素是有序的,可以通过索引下标获取某个元素或者某个范围内的元素列表
第二、列表中的元素可以是重复的

命令

阻塞操作的解释

以brpop为例，brpop命令包含两个参数：

• key[key...]：多个列表的键。
• timeout：阻塞时间（秒）
  1)若列表为空：如果timeout=3，那么客户端要等到3秒后返回，如果timeout=0，那么客户端一直阻塞等下去,阻塞期间如果列表添加了新数据导致不为空，则立刻返回列表右边的元素。
  2)列表不为空：客户端会立即返回

在使用brpop时，有两点需要注意。

• 第一点，如果是多个键，那么brpop会从左至右遍历键，一旦有一个键能弹出元素，客户端立即返回;
• 第二点，如果多个客户端对同一个键执行brpop，那么最先执行brpop命令的客户端可以获取到弹出的值。

内部编码

列表类型的内部编码有两种：

• ziplist（压缩列表）：当列表的元素个数小于list-max-ziplist-entries配置（默认512个），同时列表中每个元素的值都小于list-max-ziplist-value配置时（默认64字节），Redis会选用ziplist来作为列表的内部实现来减少内存的使用。
• linkedlist（链表）：当列表类型无法满足ziplist的条件时，Redis会使用linkedlist作为列表的内部实现。

此外Redis3.2版本提供了quicklist内部编码，简单地说它是以一个ziplist为节点的linkedlist，它结合了ziplist和linkedlist两者的优势，为列表类型提供了一种更为优秀的内部编码实现。

使用场景

消息队列

Redis的lpush+brpop命令组合即可实现阻塞队列，生产者客户端使用lrpush从列表左侧插入元素，多个消费者客户端使用brpop命令阻塞式的“抢”列表尾部的元素，多个客户端保证了消费的负载均衡和高可用性。

文章列表

每个用户有属于自己的文章列表，现需要分页展示文章列表。此时可以考虑使用列表，因为列表不但是有序的，同时支持按照索引范围获取元素。

1. 每篇文章使用哈希结构存储，例如每篇文章有3个属性title、timestamp、content
2. 向用户文章列表添加文章，user：{id}：articles作为用户文章列表的键
3. 分页获取用户文章列表

使用列表类型保存和获取文章列表会存在两个问题。

1. 如果每次分页获取的文章个数较多，需要执行多次hgetall操作，此时可以考虑使用Pipeline批量获取，或者考虑将文章数据序列化为字符串类型，使用mget批量获取。
2. 分页获取文章列表时，lrange命令在列表两端性能较好，但是如果列表较大，获取列表中间范围的元素性能会变差，此时可以考虑将列表做二级拆分，或者使用Redis3.2的quicklist内部编码实现，它结合ziplist和linkedlist的特点，获取列表中间范围的元素时也可以高效完成。

开发提示

实际上列表的使用场景很多，在选择时可以参考以下口诀：

• lpush+lpop=Stack（栈）
• lpush+rpop=Queue（队列）
• lpsh+ltrim=Capped Collection（有限集合）
• lpush+brpop=Message Queue（消息队列）

集合

集合（set）类型也是用来保存多个的字符串元素，但和列表类型不一样的是，集合中不允许有重复元素，并且集合中的元素是无序的，不能通过索引下标获取元素。
一个集合最多可以存储$2_32 -1$个元素。Redis除了支持集合内的增删改查，同时还支持多个集合取交集、并集、差集，合理地使用好集合类型，能在实际开发中解决很多实际问题。

命令

内部编码

集合类型的内部编码有两种：

• intset（整数集合）：当集合中的元素都是整数且元素个数小于set-max-intset-entries配置（默认512个）时，Redis会选用intset来作为集合的内部实现，从而减少内存的使用。
• hashtable（哈希表）：当集合类型无法满足intset的条件时，Redis会使用hashtable作为集合的内部实现。

使用场景

集合类型比较典型的使用场景是标签（tag）。例如一个用户可能对娱乐、体育比较感兴趣，另一个用户可能对历史、新闻比较感兴趣，这些兴趣点就是标签。有了这些数据就可以得到喜欢同一个标签的人，以及用户的共同喜好的标签，这些数据对于用户体验以及增强用户黏度比较重要。例如一个电子商务的网站会对不同标签的用户做不同类型的推荐，比如对数码产品比较感兴趣的人，在各个页面或者通过邮件的形式给他们推荐最新的数码产品，通常会为网站带来更多的利益。
用户和标签的关系维护应该在一个事务内执行，防止部分命令失败造成的数据不一致。

开发提示

集合类型的应用场景通常为以下几种：

• sadd=Tagging（标签）
• spop/srandmember=Random item（生成随机数，比如抽奖）
• sadd+sinter=Social Graph（社交需求）

有序集合

有序集合它保留了集合不能有重复成员的特性，但不同的是，有序集合中的元素可以排序。但是它和列表使用索引下标作为排序依据不同的是，它给每个元素设置一个分数（score）作为排序的依据。有序集合中的元素不能重复，但是score可以重复。

命令

交集
zinterstore destination numkeys key [key …] [weights weight [weight …]] [aggregate sum|min|max]
参数说明:

• destination：交集计算结果保存到这个键。
• numkeys：需要做交集计算键的个数。
• key[key…]：需要做交集计算的键。
• weights weight[weight…]：每个键的权重，在做交集计算时，每个键中的每个member会将自己分数乘以这个权重，每个键的权重默认是1。
• aggregate sum|min|max：计算成员交集后，分值可以按照sum（和）、min（最小值）、max（最大值）做汇总，默认值是sum。

并集:
zunionstore destination numkeys key [key …] [weights weight [weight …]][aggregate sum|min|max]
该命令的所有参数和zinterstore是一致的，只不过是做并集计算。

内部编码

有序集合类型的内部编码有两种：

• ziplist（压缩列表）：当有序集合的元素个数小于zset-max-ziplist-entries配置（默认128个），同时每个元素的值都小于zset-max-ziplist-value配置（默认64字节）时，Redis会用ziplist来作为有序集合的内部实现，ziplist可以有效减少内存的使用。
• skiplist（跳跃表）：当ziplist条件不满足时，有序集合会使用skiplist作为内部实现，因为此时ziplist的读写效率会下降。

使用场景

有序集合比较典型的使用场景就是排行榜系统。例如视频网站需要对用户上传的视频做排行榜，榜单的维度可能是多个方面的：按照时间、按照播放数量、按照获得的赞数。

重点回顾

1）Redis提供5种数据结构，每种数据结构都有多种内部编码实现。
2）纯内存存储、IO多路复用技术、单线程架构是造就Redis高性能的三个因素。
3）由于Redis的单线程架构，所以需要每个命令能被快速执行完，否则会存在阻塞Redis的可能，理解Redis单线程命令处理机制是开发和运维Redis的核心之一。
4）批量操作（例如mget、mset、hmset等）能够有效提高命令执行的效率，但要注意每次批量操作的个数和字节数。
5）了解每个命令的时间复杂度在开发中至关重要，例如在使用keys、hgetall、smembers、zrange等时间复杂度较高的命令时，需要考虑数据规模对于Redis的影响。
6）persist命令可以删除任意类型键的过期时间，但是set命令也会删除字符串类型键的过期时间，这在开发时容易被忽视。
7）move、dump+restore、migrate是Redis发展过程中三种迁移键的方式，其中move命令基本废弃，migrate命令用原子性的方式实现了dump+restore，并且支持批量操作，是Redis Cluster实现水平扩容的重要工具。
8）scan命令可以解决keys命令可能带来的阻塞问题，同时Redis还提供了hscan、sscan、zscan渐进式地遍历hash、set、zset。