Redis基础篇

前言

感谢黑马程序员提供的Redis教程
Redis课程介绍导学_哔哩哔哩_bilibili

以下知识点来源Kyle大佬的博客内容，自己对所学知识做了改动和增删
https://cyborg2077.github.io/2022/10/21/RedisBasic/

初识Redis

Redis是一种键值型的NoSQL数据库，这里有两个关键字

键值型
NoSQL

其中键值型是指Redis中存储的数据都是以Key-Value键值对的形式存储，而Value的形式多种多样，可以使字符串、数值甚至Json
而NoSQL则是相对于传统关系型数据库而言，有很大差异的一种数据库

认识NoSQL

NoSql可以翻译做Not Only Sql（不仅仅是SQL），或者是No Sql（非Sql的）数据库。是相对于传统关系型数据库而言，有很大差异的一种特殊的数据库，因此也称之为非关系型数据库。

结构化与非结构化

传统关系型数据库是结构化数据，每张表在创建的时候都有严格的约束信息，如字段名、字段数据类型、字段约束等，插入的数据必须遵循这些约束
而NoSQL则对数据库格式没有约束，可以是键值型，也可以是文档型，甚至是图格式

关联与非关联

传统数据库的表与表之间往往存在关联，例如外键约束
而非关系型数据库不存在关联关系，要维护关系要么靠代码中的业务逻辑，要么靠数据之间的耦合

{
  id: 1,
  name: "张三",
  orders: [
    {
      id: 1,
      item: {
      id: 10, title: "荣耀6", price: 4999
    }
    },
    {
      id: 2,
      item: {
      id: 20, title: "小米11", price: 3999
    }
    }
  ]
}

例如此处要维护张三与两个手机订单的关系，不得不冗余的将这两个商品保存在张三的订单文档中，不够优雅，所以建议使用业务逻辑来维护关联关系

查询方式

传统关系型数据库会基于Sql语句做查询，语法有统一的标准

1	SELECT id, age FROM tb_user WHERE id = 1

而不同的非关系型数据库查询语法差异极大

1
2
3

Redis:  get user:1
MongoDB: db.user.find({_id: 1})
elasticsearch:  GET http://localhost:9200/users/1

事务

传统关系型数据库能满足事务的ACID原则(原子性、一致性、独立性及持久性)
而非关系型数据库汪汪不支持事务，或者不能要个保证ACID的特性，只能实现计本的一致性

总结

	SQL	NoSQL
数据结构	结构化(Structured)	非结构化
数据关联	关联的(Relational)	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)对一致性、安全性要求不高	1)数据结构不固定 2)相关业务对数据安全性、一致性要求较高 3）对性能要求

存储方式
- 关系型数据库基于磁盘进行存储，会有大量的磁盘IO，对性能有一定影响
- 非关系型数据库，他们的操作更多的是依赖于内存来操作，内存的读写速度会非常快，性能自然会好一些
扩展性
- 关系型数据库集群模式一般是主从，主从数据一致，起到数据备份的作用，称为垂直扩展。
- 非关系型数据库可以将数据拆分，存储在不同机器上，可以保存海量数据，解决内存大小有限的问题。称为水平扩展。
- 关系型数据库因为表之间存在关联关系，如果做水平扩展会给数据查询带来很多麻烦

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。
特征：

键值(Key-Value)型，Value支持多种不同的数据结构，功能丰富
单线程，每个命令具有原子性
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

作者：Antirez
Redis官网：https://redis.io/

安装Redis

不在赘述网上自行寻找方法

Redis桌面客户端

安装完成Redis，我们就可以操作Redis，实现数据的CRUD了。这需要用到Redis客户端，包括：

命令行客户端
图形化桌面客户端
编程客户端

Redis命令行客户端

Redis安装完成后就自带了命令行客户端：redis-cli，使用方式如下：
BASH

1	redis-cli [options] [commonds]

其中常见的options有：

-h 127.0.0.1：指定要连接的redis节点的IP地址，默认是127.0.0.1
-p 6379：指定要连接的redis节点的端口，默认是6379
-a 123321：指定redis的访问密码

其中的commonds就是Redis的操作命令，例如：

ping：与redis服务端做心跳测试，服务端正常会返回`pong

图形化桌面客户端

安装包：https://github.com/lework/RedisDesktopManager-Windows/releases
Redis默认有16个仓库，编号从0至15. 通过配置文件可以设置仓库数量，但是不超过16，并且不能自定义仓库名称。
如果是基于redis-cli连接Redis服务，可以通过select命令来选择数据库：
BASH

1 2	## 选择0号数据库 select 0

Redis常用命令

Redis是典型的key-value数据库，key一般是字符串，而value包含很多不同的数据类型

Redis通用命令

常用的通用命令有以下几个

命令	描述
KEYs pattern	查找所有符合给定模式(pattern)的key
EXISTs key	检查给定key是否存在
TYPE key	返回key所储存的值的类型
TTL key	返回给定key的剩余生存时间(TTL, time to live)，以秒为单位
DEL key	该命令用于在key存在是删除key

KEYS：查看符合模板的所有key
- 不建议在生产环境设备上使用，因为Redis是单线程的，执行查询的时候会阻塞其他命令，当数据量很大的时候，使用KEYS进行模糊查询，效率很差
DEL：删除一个指定的key
- 也可以删除多个key，DEL name age，会将name和age都删掉
EXISTS：判断key是否存在
- EXISTS name，如果存在返回1，不存在返回0
EXPIRE：给一个key设置有效期，有效期到期时该key会被自动删除
- EXPIRE name 20，给name设置20秒有效期，到期自动删除
TTL：查看一个key的剩余有效期(Time-To-Live)
- TTL name，查看name的剩余有效期，如果未设置有效期，则返回-1

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

String的常用命令

String的常用命令有

命令	描述
SET	添加或者修改一个已经存在的String类型的键值对
GET	根据key获取String类型的value
MEST	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	让一个整形的key自增1
INCRBY	让一个整形的key自增并指定步长值，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值
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，可以理解为真正的新增
SETEX	添加一个String类型的键值对，并指定有效期

Key结构

Redis没有类似MySQL中Table的概念，那么我们该如何区分不同类型的Key呢？
例如：需要存储用户、商品信息到Redis，有一个用户的id是1，有一个商品的id恰好也是1，如果此时使用id作为key，那么就回冲突，该怎么办？
我们可以通过给key添加前缀加以区分，不过这个前缀不是随便加的，有一定的规范
- Redis的key允许有多个单词形成层级结构（树？），多个单词之间用:隔开，格式如下

1	项目名:业务名:类型:id

这个格式也并非是固定的，可以根据自己的需求来删除/添加词条，这样我们就可以把不同数据类型的数据区分开了，从而避免了key的冲突问题
例如我们的项目名叫reggie，有user和dish两种不同类型的数据，我们可以这样定义key
- user相关的key：reggie:user:1
- dish相关的key：reggie:dish: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 |
| — | — |
| reggie:user:1 | {“id”:1, “name”: “Jack”, “age”: 21} |
| reggie:dish:1 | {“id”:1, “name”: “鲟鱼火锅”, “price”: 4999} |

Hash类型

Hash类型，也叫散列，其中value是一个无序字典，类似于Java中的HashMap结构
String结构是将对象序列化为JSON字符串后存储，当我们要修改对象的某个属性值的时候很不方便
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
| KEY | VALUE | |
| — | — | — |
| | field | value |
| reggie:user:1 | name | Jack |
| | age | 21 |
|
reggie:user:2 | name | Rose |
| | age | 18 |
Hash的常用命令有
| 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 | 批量添加多个hash类型key的field的值 |
| 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 |
| 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 |

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null |
| 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null |

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 |
| SUNION key1 key2 … | 求key1与key2的并集 |
| SDIFF key1 key2 … | 求key1与key2的差集 |

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
- 元素不可重复
- 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，例如：

升序获取sorted set 中的指定元素的排名：ZRANK key member

降序获取sorted set 中的指定元素的排名：ZREVRANK key memeber

Redis的Java客户端

目前主流的Redis的Java客户端有三种
- Jedis和Lettuce：这两个主要是提供了Redis命令对应的API，方便我们操作Redis，而SpringDataRedis又对这两种做了抽象和封装。
- Redisson：是在Redis基础上实现了分布式的可伸缩的java数据结构，例如Map、Queue等，而且支持跨进程的同步机制：Lock、Semaphore等待，比较适合用来实现特殊的功能需求。

Jedis客户端

快速入门

使用Jedis的步骤
1. 导入Jedis的maven坐标

<!--jedis-->
<dependency>
  <groupId>redis.clients</groupId>
  <artifactId>jedis</artifactId>
  <version>3.7.0</version>
</dependency>
<!--单元测试-->
<dependency>
  <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
  <artifactId>junit-jupiter</artifactId>
  <version>5.7.0</version>
  <scope>test</scope>
</dependency>

建立连接
新建一个单元测试类

private Jedis jedis;

@BeforeEach
void setUp() {
    //1. 建立连接
    jedis = new Jedis("101.42.225.160", 6379);
    //2. 设置密码
    jedis.auth("root");
    //3. 选择库
    jedis.select(0);
}

测试

@Test
void testString(){
    jedis.set("name","Kyle");
    String name = jedis.get("name");
    System.out.println("name = " + name);
}

@Test
void testHash(){
    jedis.hset("reggie:user:1","name","Jack");
    jedis.hset("reggie:user:2","name","Rose");
    jedis.hset("reggie:user:1","age","21");
    jedis.hset("reggie:user:2","age","18");
    Map<String, String> map = jedis.hgetAll("reggie:user:1");
    System.out.println(map);
}

释放资源

@AfterEach
void tearDown(){
    if (jedis != null){
        jedis.close();
    }
}

其他类型同理操作。。。

连接池

Jedis本身是线程不安全的，并且频繁的创建和销毁连接会有性能损耗，因此我们推荐大家使用Jedis连接池代替Jedis的直连方式。
新建一个com.blog.util，用于存放我们编写的工具类
但后面我们使用SpringDataRedis的时候，可以直接在yml配置文件里配置这些内容

public class JedisConnectionFactory {

    private static JedisPool jedisPool;

    static {
        // 配置连接池
        JedisPoolConfig poolConfig = new JedisPoolConfig();
        //最大连接数
        poolConfig.setMaxTotal(8);
        //最大空闲连接  
        poolConfig.setMaxIdle(8);
        //最小空闲连接
        poolConfig.setMinIdle(0);
        //等待时长     最多等待1000ms
        poolConfig.setMaxWaitMillis(1000);
        // 创建连接池对象，参数：连接池配置、服务端ip、服务端端口、超时时间、密码
        jedisPool = new JedisPool(poolConfig, "101.42.225.160", 6379, 1000, "root");
    }

    public static Jedis getJedis(){
        return jedisPool.getResource();
    }
}

测试类修改为下

@SpringBootTest
class RedisTestApplicationTests {

    private Jedis jedis = JedisConnectionFactory.getJedis();

    @Test
    void testString(){
        jedis.set("name","xignye");
        String name = jedis.get("name");
        System.out.println("name = " + name);
    }

    @Test
    void testHash(){
        jedis.hset("reggie:user:1","name","Jack");
        jedis.hset("reggie:user:2","name","Rose");
        jedis.hset("reggie:user:3","name","Kyle");
        jedis.hset("reggie:user:1","age","21");
        jedis.hset("reggie:user:2","age","18");
        jedis.hset("reggie:user:3","age","18");
        Map<String, String> map = jedis.hgetAll("reggie:user:1");
        System.out.println(map);
    }

    @AfterEach
    void tearDown(){
        if (jedis != null){
            jedis.close();
        }
    }
}

SpringDataRedis客户端

SpringData是Spring中数据操作的模块，包含对各种数据库的集成，其中对Redis的集成模块就叫做SpringDataRedis
官网地址：https://spring.io/projects/spring-data-redis
- 提供了对不同Redis客户端的整合（Lettuce和Jedis）
- 提供了RedisTemplate统一API来操作Redis
- 支持Redis的发布订阅模型
- 支持Redis哨兵和Redis集群
- 支持基于Lettuce的响应式编程
- 支持基于JDK、JSON、字符串、Spring对象的数据序列化及反序列化
- 支持基于Redis的JDKCollection实现
SpringDataRedis中提供了RedisTemplate工具类，其中封装了各种对Redis的操作。并且将不同数据类型的操作API封装到了不同的类型中：
| API | 返回值类型 | 说明 |
| — | — | — |
| redisTemplate.opsForValue() | ValueOperations | 操作String类型数据 |
| redisTemplate.opsForHash() | HashOperations | 操作Hash类型数据 |
| redisTemplate.opsForList() | ListOperations | 操作List类型数据 |
| redisTemplate.opsForSet() | SetOperations | 操作Set类型数据 |
| redisTemplate.opsForzSet() | ZSetOperations | 操作SortedSet类型数据 |
| redisTemplate | | 通用的命令 |

快速入门

SpringBoot已经提供了对SpringDataRedis的支持，使用起来非常简单

引入依赖

<!--redis依赖-->
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<!--common-pool-->
<dependency>
  <groupId>org.apache.commons</groupId>
  <artifactId>commons-pool2</artifactId>
</dependency>
<!--Jackson依赖-->
<dependency>
  <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
  <artifactId>jackson-databind</artifactId>
</dependency>
<!--lombok-->
<dependency>
  <groupId>org.projectlombok</groupId>
  <artifactId>lombok</artifactId>
  <optional>true</optional>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
  <scope>test</scope>
</dependency>

配置redis

spring:
  redis:
    host: 101.42.225.160
    port: 6379
    password: root
    lettuce:
      pool:
        max-active: 8
        max-idle: 8
        min-idle: 0
        max-wait: 100ms

一定要手动配置redis的POOL 要不不会生效

注入RedisTemplate
因为有了SpringBoot的自动装配，我们可以拿来就用

1 2	@Autowired private RedisTemplate redisTemplate;

编写测试方法

@Test
void stringTest(){
    redisTemplate.opsForValue().set("username","David");
    String username = (String) redisTemplate.opsForValue().get("username");
    System.out.println(username);
}

自定义序列化

RedisTemplate可以接收任意Object作为值写入Redis
只不过写入前会把Object序列化为字节形式，默认是采用JDK序列化，得到的结果是这样的

\xAC\xED\x00\x05t\x00\x06\xE5\xBC\xA0\xE4\xB8\x89

缺点：
- 可读性差
- 内存占用较大
我们可以自定义RedisTemplate的序列化方式，代码如下
在com.xx.config包下编写对应的配置类

@Configuration
public class RedisConfig {

    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
        // 创建RedisTemplate对象
        RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>();
        // 设置连接工厂
        template.setConnectionFactory(connectionFactory);
        // 创建JSON序列化工具
        GenericJackson2JsonRedisSerializer jsonRedisSerializer =
                new GenericJackson2JsonRedisSerializer();
        // 设置Key的序列化
        template.setKeySerializer(RedisSerializer.string());
        template.setHashKeySerializer(RedisSerializer.string());
        // 设置Value的序列化
        template.setValueSerializer(jsonRedisSerializer);
        template.setHashValueSerializer(jsonRedisSerializer);
        // 返回
        return template;
    }
}

我们编写一个User类，并尝试将其创建的对象存入Redis，看看是什么效果

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class User {
    private String name;
    private Integer age;
}

测试

@Test
void stringTest(){
    redisTemplate.opsForValue().set("userdata",new User("张三",18));
}

这里采用了JSON序列化来代替默认的JDK序列化方式。最终结果如下：

{
  "@class": "com.blog.entity.User",
  "name": "张三",
  "age": 18
}

整体可读性有了很大提升，并且能将Java对象自动的序列化为JSON字符串，并且查询时能自动把JSON反序列化为Java对象。不过，其中记录了序列化时对应的class名称，目的是为了查询时实现自动反序列化。这会带来额外的内存开销。
所以肯定会有更好的方法

StringRedisTemplate

为了节省内存空间，我们可以不使用JSON序列化器来处理value，而是统一使用String序列化器，要求只能存储String类型的key和value。当需要存储Java对象时，手动完成对象的序列化和反序列化。
因为存入和读取时的序列化及反序列化都是我们自己实现的，SpringDataRedis就不会将class信息写入Redis了
这种用法比较普遍，因此SpringDataRedis就提供了RedisTemplate的子类：StringRedisTemplate，它的key和value的序列化方式默认就是String方式。源码如下

public class StringRedisTemplate extends RedisTemplate<String, String> {
    public StringRedisTemplate() {
        this.setKeySerializer(RedisSerializer.string());
        this.setValueSerializer(RedisSerializer.string());
        this.setHashKeySerializer(RedisSerializer.string());
        this.setHashValueSerializer(RedisSerializer.string());
    }

省去了我们自定义RedisTemplate的序列化方式的步骤（可以将之前配置的RedisConfig删除掉），而是直接使用：

@Test
void stringTest() throws JsonProcessingException {
    //创建对象
    User user = new User("张三", 18);
    //手动序列化
    String json = mapper.writeValueAsString(user);
    //写入数据
    stringRedisTemplate.opsForValue().set("userdata", json);
    //获取数据
    String userdata = stringRedisTemplate.opsForValue().get("userdata");
    //手动反序列化
    User readValue = mapper.readValue(userdata, User.class);
    System.out.println(readValue);
}