NOSQL技术(redis原理)

2019年6月9日 253次阅读 来源: LittleTrue

类型和操作参考
redis是一个key-value存储系统.和Memcached类似，Redis将大部分数据存储在内存中，因为是纯内存操作，Redis的性能非常出色，每秒可以处理超过 10万次读写操作，redis利用队列技术将并发访问变为串行访问，消除了传统数据库串行控制的开销, 所以redis是单进程单线程的, 它支持存储的value类型相对更多最为常用的数据类型主要有五种：String、Hash、List、Set和Sorted Set。

《NOSQL技术(redis原理)》 图片.png

Redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value。

redisObject最主要的信息如图所示：
* type代表一个value对象具体是何种数据类型
* encoding是不同数据类型在redis内部的存储方式，比如：type=string代表value存储的是一个普通字符串，那么对应的encoding可以是raw或者是int，如果是int则代表实际redis内部是按数值型类存储和表示这个字符串的，当然前提是这个字符串本身可以用数值表示，比如:”123″ “456”这样的字符串。

  • 指向存放数据的内存地址
  • vm字段，只有打开了Redis的虚拟内存功能，此字段才会真正的分配内存，该功能默认是关闭状态的。

redis的string

与String相关的常用命令：

  • SET：为一个key设置value，可以配合EX/PX参数指定key的有效期，通过NX/XX参数针对 key是否存在的情况进行区别操作，时间复杂度O(1)
  • GET：获取某个key对应的value，时间复杂度O(1)
  • GETSET：为一个key设置value，并返回该key的原value，时间复杂度O(1)
  • MSET：为多个key设置value，时间复杂度O(N)
  • MSETNX：同MSET，如果指定的key中有任意一个已存在，则不进行任何操作，时间复杂度O(N)
  • MGET：获取多个key对应的value，时间复杂度O(N)

Redis的基本数据类型只有String，但Redis可以把String作为整型或浮点型数字来使用，主要体现在INCR、DECR类的命令上：

INCR：将key对应的value值自增1，并返回自增后的值。只对可以转换为整型的String数据起作用。时间复杂度O(1)
INCRBY：将key对应的value值自增指定的整型数值，并返回自增后的值。只对可以转换为整型的String数据起作用。时间复杂度O(1)
DECR/DECRBY：同INCR/INCRBY，自增改为自减。
使用String的特殊方法进行库存控制

在高并发场景下实现库存余量的精准校验，确保不出现超卖的情况。

设置库存总量：

SET inv:remain "100"
库存扣减+余量校验：

DECR inv:remain
当DECR命令返回值大于等于0时，说明库存余量校验通过，如果返回小于0的值，则说明库存已耗尽。

假设同时有300个并发请求进行库存扣减，Redis能够确保这300个请求分别得到99到-200的返回值，每个请求得到的返回值都是唯一的，绝对不会找出现两个请求得到一样的返回值的情况。

List

Redis的List是链表型的数据结构，可以使用LPUSH/RPUSH/LPOP/RPOP等命令在List的两端执行插入元素和弹出元素的操作。虽然List也支持在特定index上插入和读取元素的功能，但其时间复杂度较高（O(N)），应小心使用。

  • LPUSH：向指定List的左侧（即头部）插入1个或多个元素，返回插入后的List长度。时间复杂度O(N)，N为插入元素的数量
  • RPUSH：同LPUSH，向指定List的右侧（即尾部）插入1或多个元素
  • LPOP：从指定List的左侧（即头部）移除一个元素并返回，时间复杂度O(1)
  • RPOP：同LPOP，从指定List的右侧（即尾部）移除1个元素并返回
  • LPUSHX/RPUSHX：与LPUSH/RPUSH类似，区别在于，LPUSHX/RPUSHX操作的key如果不存在，则不会进行任何操作
  • LLEN：返回指定List的长度，时间复杂度O(1)
  • LRANGE：返回指定List中指定范围的元素（双端包含，即LRANGE key 0 10会返回11个元素），时间复杂度O(N)。应尽可能控制一次获取的元素数量，一次获取过大范围的List元素会导致延迟，同时对长度不可预知的List，避免使用LRANGE key 0 -1这样的完整遍历操作。

Set

与Set相关的常用命令：

  • SADD：向指定Set中添加1个或多个member，如果指定Set不存在，会自动创建一个。时间复杂度O(N)，N为添加的member个数
  • SREM：从指定Set中移除1个或多个member，时间复杂度O(N)，N为移除的member个数
  • SRANDMEMBER：从指定Set中随机返回1个或多个member，时间复杂度O(N)，N为返回的member个数
  • SPOP：从指定Set中随机移除并返回count个member，时间复杂度O(N)，N为移除的member个数
  • SCARD：返回指定Set中的member个数，时间复杂度O(1)
  • SISMEMBER：判断指定的value是否存在于指定Set中，时间复杂度O(1)
  • SMOVE：将指定member从一个Set移至另一个Set

Hash

Hash即哈希表，Redis的Hash和传统的哈希表一样，是一种field-value型的数据结构，可以理解成将HashMap搬入Redis。
Hash非常适合用于表现对象类型的数据，用Hash中操作中第二个参数field对应对象的field即可。除了hash存储对象, 还可以将对象序列化为json数据存入string,这样就能操作整个对象
Hash中存储对象单个或多个field参考

  • HSET(key field value )：将key对应的Hash中的field设置为value。如果该Hash不存在，会自动创建一个。时间复杂度O(1)
  • HGET：返回指定Hash中field字段的值，时间复杂度O(1)
  • HMSET/HMGET(key field value fied2 value2 …..)：同HSET和HGET，可以批量操作同一个key下的多个field，时间复杂度：O(N)，N为一次操作的field数量
  • HSETNX：同HSET，但如field已经存在，HSETNX不会进行任何操作，时间复杂度O(1)
  • HEXISTS：判断指定Hash中field是否存在，存在返回1，不存在返回0，时间复杂度O(1)
  • HDEL：删除指定Hash中的field（1个或多个），时间复杂度：O(N)，N为操作的field数量
  • HINCRBY：同INCRBY命令，对指定Hash中的一个field进行INCRBY，时间复杂度O(1)
过期和删除:

Redis 有四个命令可以设置键的生存时间(可以存活多久)和过期时间(什么时候到期):
EXPIRE 以秒为单位设置键的生存时间;
PEXPIRE 以毫秒为单位设置键的生存时间;
EXPIREAT 以秒为单位,设置键的过期 UNIX 时间戳;
PEXPIREAT 以毫秒为单位,设置键的过期 UNIX 时间戳。

惰性清除：
放任键空间的键不管，每次查询KEY的时候先去校验KEY是否过期，过期则删除，不过期则正常返回相应的VALUE。
此种操作对CPU最友好，这种策略仅限于当前KEY，相关不必要的KEY不会造成CPU负载
缺点是：容易造成内存空间浪费，特别是当系统中存在大量过期KEY且很少被用到，这十分影响非常依赖于内存大小Redis的性能

定期删除：
由定时脚本cron定时对expires的键扫描判断是否有过期的KEY存在，如存在，将其删除掉。
这是一种折中方案，既不会过多消耗CPU，又可以定时清楚惰性删除忽略到的不必要的内存消耗

Redis采用的“惰性清除”和“定期清楚”相结合的方式，其中定期删除模式是在规定的时间限制内,尽 可能地遍历各个数据库的 expires 字典,随机地检查一部分键的过期时间,并删除其中的过期键。

Redis的持久化

Redis虽然是基于内存的存储系统，但是它本身是支持内存数据持久化的，而且提供两种主要的持久化策略：RDB快照和AOF日志。

  • RDB快照：Redis支持将当前数据的快照存成一个数据文件的持久化机制。

  • AOF日志：AOF日志的全称是append only file，从名字上我们就能看出来，它是一个追加写入的日志文件。 一般数据库的binlog不同的是，AOF文件是可识别的纯文本，它的内容就是一个个的Redis标准命令。
    AOF文件会越来越大，所以Redis又提供了一个功能，叫做AOF rewrite。其功能就是重新生成一份AOF文件，新的AOF文件中一条记录的操作只会有一次，

redis相比memcached有哪些优势？

(1) memcached所有的值均是简单的字符串，redis作为其替代者，支持更为丰富的数据类型

(2) redis的速度比memcached快很多

(3) redis可以持久化其数据

    原文作者：LittleTrue
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