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前言

本文介紹了Redis相關命令以及Redis當中的一些概念（協議）。

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一、Redis相關命令詳解及原理

內存是稀缺資源，所以：

1. 當數據量少時，存儲效率高為主
2. 當數據量多時，運行速度快為主

1.1 string、set、zset、list、hash

1. string 是一個安全的二進制字符串（兼容’\0’作為分隔符，安全指按長度）；
2. 雙端隊列 （鏈表） list ：有序（插入有序）；
3. 散列表 hash：對順序不關注，field 是唯一的；
4. 無序集合 set：對順序不關注，里面的值都是唯一的；
5. 有序集合 zset ：對順序是關注的，里面的值是唯一的；根據 member 來確定唯一；根據 score 來 確定有序；

1.1.1 string

set key_test 1000get key_test# 原子減一
decr key_test
decrby key_test decrement(一個數字)# 原子加一
incr key_test
incrby key_test increment# set Not exist，當key_test存在時，什么也不做，否則等同于set
setnx key_test value
del key_test----------
# 
setbit key_test offset value
# 第offset位設置為value
getbit key_test offset
# 統計字符串被設置為1的bit數
bitcount key_test
----------

應用

1. 對象存儲：set，get
2. 累加器：incr
3. 分布式鎖：setnx
4. 位運算：setbit，getbit，bitcount

1.1.2 list

雙向鏈表，首尾操作時間復雜度O(1)；中間元素操作O(n)

1. list.size < 48 不壓縮
2. 元素壓縮前后長度差不超過8，不壓縮

為什么壓縮？如何壓縮的？

# 從隊列左側入隊
lpush key value ...
lpop key# 從隊列右側入隊
rpush key value ...
rpop key # 尾索引
lrange key start end# 從存于 key 的列表里移除前 count 次出現的值為 value 的元素
lrem key count value# rpop的阻塞版本
brpop key timeout

應用

1. 棧：lpush + lpop
2. 隊列：lpush + rpop
3. 阻塞隊列：lpush + brpop
4. 異步消息隊列
   1. 操作和隊列一樣，但是在不同系統間；生產者和消費者；
5. 獲取固定窗口記錄
   1. ltrim key 0 4 保留最近5條記錄

1.1.3 hash

散列表；C++ unordered_map

(節點數量 > 512 || 所有字符串長度 > 64) 采用dict
(節點數量 <= 512 || 所有字符串長度 < 64) 采用ziplist

hget key field
hgetallhset key field value
# 設置多個鍵值對
hmset key field1 value1 field2 value2 field3 value3 ... fieldn valuenhmget key field1 field2 ...hincrby key field increment
# 獲取有多少個鍵值對
hlen keyhdel key field

應用

1. 存儲對象
2. 購物車：商品列表用list，其中屬性用hash

1.1.4 set

無序集合

(元素都為整數 && 節點數量 <= 512) 采用整數數組存儲
(元素不全為整數 || 節點數量 > 512) 采用字典存儲

# 添加一個或多個
sadd key member ...
# 計算集合元素個數
scard keysmembers key
# 返回成員member是否為key的成員
sismember key member
# 隨機返回key集合中的一個或多個元素
srandmember key [count]
# 移除一個隨機元素
spop key [count]
# 返回差集
sdiff key [key...]
# 返回交集
sinter key [key...]
# 返回并集
sunion key [key...]

應用

1. 抽獎：srandmember
2. 共同關注：sdiff ; sinter; sunion

1.1.5 zset

有序集合；實現排行榜；有序唯一

zadd key 
# 從key中刪除member的鍵值對
zrem key member [member...]
# 返回有序集key中member的score值
zscore key member
# 成員member的score值加上增量
zincrby key increment member
# 返回個數
zcard key
# 返回排名
zrank key member
# 返回指定范圍的元素
zrange key start stop
# 返回指定范圍的元素（逆序）
zrevrange key start stop

應用

1. 百度熱榜
2. 延時隊列
3. 分布式定時器
4. 時間窗口限流

1.2 分布式鎖的實現

釋放鎖操作：事務操作

鎖：誰持有，誰釋放

get dislock

-- 釋放鎖
local uuid = redis.call("get", KEYS[1])
if uuid == KEYS[2] thenredis.call("del", KEYS[1])
end

1.3 lua腳本解決ACID原子性

# 開啟事務
multi# 提交事務
exec# 取消事務
discard# 檢測key的變動
watch實際中是使用lua腳本

• redis 中加載了一個 lua 虛擬機；用來執行 redis lua 腳本；
• redis lua 腳本的執行是原子性的；
• 當某個腳本正在執行的時候，不會有其他命令或者腳本被執行；
• lua 腳本當中的命令會直接修改數據狀態；
• lua 腳本 mysql 存儲區別：MySQL存儲過程不具備事務性，所以也不具備原子性；

注意：如果項目中使用了 lua 腳本，不需要使用上面的事務命令

1.4 Redis事務的ACID性質分析

• A 原子性；事務是一個不可分割的工作單位，事務中的操作要么全部成功，要么全部失敗；redis 不支持回滾；即使事務隊列中的某個命令在執行期間出現了錯誤，整個事務也會繼續執行下去，直 到將事務隊列中的所有命令都執行完畢為止。

• C 一致性；事務的前后，所有的數據都保持一個一致的狀態，不能違反數據的一致性檢測；這里 的一致性是指預期的一致性而不是異常后的一致性；所以 redis 也不滿足；這個爭議很大：redis 能 確保事務執行前后的數據的完整約束；但是并不滿足業務功能上的一致性；比如轉賬功能，一個扣 錢一個加錢；可能出現扣錢執行錯誤，加錢執行正確，那么最終還是會加錢成功；系統憑空多了 錢；

set zhang 1000
lpush zhang 1 3 4 #error
get mark

• I 隔離性；各個事務之間互相影響的程度；redis 是單線程執行，天然具備隔離性；

• D 持久性；redis 只有在 aof 持久化策略的時候，并且需要在 appendfsync=always 才具備持久性；實際項目中幾乎不會使用 redis.conf 中 aof 持久化策略；

• 面試時候回答：lua 腳本滿足原子性和隔離性；一致性和持久性不滿足；

get zhang ==>100set zhang 200

如果這兩個命令沒有作為一個整體，那么可以會有另一條連接set。這將導致數據不一致。

什么時候探討事務？多條并發連接
什么時候探討原子操作？多核

二、Redis協議與異步方式

2.1 Redis協議解析

2.1.1 redis pipeline

redis pipeline 是一個客戶端提供的機制，而不是服務端提供的；

注意：pipeline 不具備事務性；

目的：節約網絡傳輸時間；

通過一次發送多次請求命令，從而減少網絡傳輸的時間。

2.1.2 Redis協議圖

上圖描述了如何界定數據包：

1. 長度 + 二進制流
2. 二進制流 + 特殊分割符

2.2 特殊協議操作-訂閱發布

為了支持消息的多播機制，redis引入了發布訂閱：發送者發送消息，訂閱者接收消息。

# 訂閱頻道
subscribe `channel`
# 訂閱模式頻道
psubscribe `channel`
# 取消訂閱頻道
unsubscribe `channel`
# 發布具體頻道或模式頻道的內容
publish `channel` `message`
# 客戶端接收具體頻道內容
message `specificChannel` `message`
# 客戶端接收模式頻道內容
pmessage

應用：

1. 發布訂閱可以收到redis主動推送的內容
2. 項目中支持發布訂閱，需要另開一條連接

缺點：

1. 生產者傳遞來一條消息，redis找到相應的消費者并傳遞過去，如果沒有消費者，消息丟棄；
2. 如果有兩個消費者，此時其中一個消費者掛掉了，重連上來將不會接收到該消息；
3. redis停機重啟，發布訂閱的消息不會持久化。

2.3 異步redis協議

同步連接方案采用阻塞IO來實現：
優點：代碼書寫是同步的，業務邏輯不割裂
缺點：阻塞當前線程，直到返回結果，通常需要多個線程來實現線程池來解決效率問題。

異步連接方案采用非阻塞IO來實現：
優點：不阻塞當前線程，redis沒有返回，可以繼續向redis發送命令
缺點：代碼書寫是異步的，業務邏輯割裂，可以通過協程解決（skynet，openresty）

2.3.1 hiredis + libevent

我們需要做的事情：
適配：

1. 事件對象
2. 事件操作函數

hiredis需要做：

1. 協議解析
2. 讀寫事件
3. 緩沖區操作
4. 協議加密等

適配事件對象和函數。

static int redisAttach(reactor_t *r, redisAsyncContext *ac) {redisContext *c = &(ac->c);redis_event_t *re;/* Nothing should be attached when something is already attached */if (ac->ev.data != NULL)return REDIS_ERR;/* Create container for ctx and r/w events */re = (redis_event_t*)hi_malloc(sizeof(*re));if (re == NULL)return REDIS_ERR;re->ctx = ac;re->e.fd = c->fd;re->e.r = r;// dont use event buffer, using hiredis's bufferre->e.in = NULL;re->e.out = NULL;re->mask = 0;ac->ev.addRead = redisAddRead;ac->ev.delRead = redisDelRead;ac->ev.addWrite = redisAddWrite;ac->ev.delWrite = redisDelWrite;ac->ev.cleanup = redisCleanup;ac->ev.data = re;return REDIS_OK;
}

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總結

本文介紹了Redis的基本命令以及Redis協議中的部分內容。Redis是內存型數據庫，圍繞著內存的特性，Redis結合了lua腳本，分布式鎖（最快的），異步連接等一系列特性。

參考鏈接：
https://github.com/0voice