发布于 2016-01-10 12:07:12 | 154 次阅读 | 评论: 0 | 来源: PHPERZ

这里有新鲜出炉的Redis 设计与实现(第一版),程序狗速度看过来!

Redis Key-Value数据库

Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库,并提供多种语言的API。


String

1、String  
常用命令:  
除了get、set、incr、decr mget等操作外,Redis还提供了下面一些操作:  
获取字符串长度  
往字符串append内容  
设置和获取字符串的某一段内容  
设置及获取字符串的某一位(bit)  
批量设置一系列字符串的内容  
  
应用场景:  
String是最常用的一种数据类型,普通的key/value存储都可以归为此类,value其实不仅是String,  
也可以是数字:比如想知道什么时候封锁一个IP地址(访问超过几次)。INCRBY命令让这些变得很容易,通过原子递增保持计数。  
  
实现方式:  
m,decr等操作时会转成数值型进行计算,此时redisObject的encoding字段为int。  

Hash

 
常用命令:  
hget,hset,hgetall 等。  
应用场景:  
我们简单举个实例来描述下Hash的应用场景,比如我们要存储一个用户信息对象数据,包含以下信息:  
           用户ID,为查找的key,  
           存储的value用户对象包含姓名name,年龄age,生日birthday 等信息,  
   如果用普通的key/value结构来存储,主要有以下2种存储方式:  
       第一种方式将用户ID作为查找key,把其他信息封装成一个对象以序列化的方式存储,  
           如:set u001 "李三,18,20010101"  
           这种方式的缺点是,增加了序列化/反序列化的开销,并且在需要修改其中一项信息时,需要把整个对象取回,并且修改操作需要对并发进行保护,引入CAS等复杂问题。  
       第二种方法是这个用户信息对象有多少成员就存成多少个key-value对儿,用用户ID+对应属性的名称作为唯一标识来取得对应属性的值,  
           如:mset user:001:name "李三 "user:001:age18 user:001:birthday "20010101"  
           虽然省去了序列化开销和并发问题,但是用户ID为重复存储,如果存在大量这样的数据,内存浪费还是非常可观的。  
    那么Redis提供的Hash很好的解决了这个问题,Redis的Hash实际是内部存储的Value为一个HashMap,  
    并提供了直接存取这个Map成员的接口,  
        如:hmset user:001 name "李三" age 18 birthday "20010101"     
            也就是说,Key仍然是用户ID,value是一个Map,这个Map的key是成员的属性名,value是属性值,  
            这样对数据的修改和存取都可以直接通过其内部Map的Key(Redis里称内部Map的key为field), 也就是通过   
            key(用户ID) + field(属性标签) 操作对应属性数据了,既不需要重复存储数据,也不会带来序列化和并发修改控制的问题。很好的解决了问题。  
  
          这 里同时需要注意,Redis提供了接口(hgetall)可以直接取到全部的属性数据,但是如果内部Map的成员很多,那么涉及到遍历整个内部Map的操 作,由于Redis单线程模型的缘故,这个遍历操作可能会比较耗时,而另其它客户端的请求完全不响应,这点需要格外注意。  
  实现方式:  
    上 面已经说到Redis Hash对应Value内部实际就是一个HashMap,实际这里会有2种不同实现,这个Hash的成员比较少时Redis为了节 省内存会采用类似一维数组的方式来紧凑存储,而不会采用真正的HashMap结构,对应的value redisObject的encoding为 zipmap,当成员数量增大时会自动转成真正的HashMap,此时encoding为ht。  

List

常用命令:  
    lpush,rpush,lpop,rpop,lrange,BLPOP(阻塞版)等。  
  
应用场景:  
    Redis list的应用场景非常多,也是Redis最重要的数据结构之一。  
    我们可以轻松地实现最新消息排行等功能。  
    Lists的另一个应用就是消息队列,可以利用Lists的PUSH操作,将任务存在Lists中,然后工作线程再用POP操作将任务取出进行执行。  
  
实现方式:  
    Redis list的实现为一个双向链表,即可以支持反向查找和遍历,更方便操作,不过带来了部分额外的内存开销,Redis内部的很多实现,包括发送缓冲队列等也都是用的这个数据结构。  
  
RPOPLPUSH source destination  
  
    命令 RPOPLPUSH 在一个原子时间内,执行以下两个动作:  
    将列表 source 中的最后一个元素(尾元素)弹出,并返回给客户端。  
    将 source 弹出的元素插入到列表 destination ,作为 destination 列表的的头元素。  
    如果 source 和 destination 相同,则列表中的表尾元素被移动到表头,并返回该元素,可以把这种特殊情况视作列表的旋转(rotation)操作。  
    一个典型的例子就是服务器的监控程序:它们需要在尽可能短的时间内,并行地检查一组网站,确保它们的可访问性。  
    redis.lpush "downstream_ips", "192.168.0.10"  
    redis.lpush "downstream_ips", "192.168.0.11"  
    redis.lpush "downstream_ips", "192.168.0.12"  
    redis.lpush "downstream_ips", "192.168.0.13"  
    Then:  
    next_ip = redis.rpoplpush "downstream_ips", "downstream_ips"  
  
BLPOP  
  
  假设现在有 job 、 command 和 request 三个列表,其中 job 不存在, command 和 request 都持有非空列表。考虑以下命令:  
  BLPOP job command request 30  #阻塞30秒,0的话就是无限期阻塞,job列表为空,被跳过,紧接着command 列表的第一个元素被弹出。  
  1) "command"                             # 弹出元素所属的列表  
  2) "update system..."                    # 弹出元素所属的值   
  为 什么要阻塞版本的pop呢,主要是为了避免轮询。举个简单的例子如果我们用list来实现一个工作队列。执行任务的thread可以调用阻塞版本的pop 去获取任务这样就可以避免轮询去检查是否有任务存在。当任务来时候工作线程可以立即返回,也可以避免轮询带来的延迟。  
 

Set

4、Set  
  
常用命令:  
    sadd,srem,spop,sdiff ,smembers,sunion 等。  
  
应用场景:  
    Redis set 对外提供的功能与list类似是一个列表的功能,特殊之处在于set是可以自动排重的,当你需要存储一个列表数据,又不希望出现重复数据时,set是一个 很好的选择,并且set提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口,这个也是list所不能提供的。  
    比如在微博应用中,每个人的好友存在一个集合(set)中,这样求两个人的共同好友的操作,可能就只需要用求交集命令即可。  
    Redis还为集合提供了求交集、并集、差集等操作,可以非常方便的实  
  
实现方式:  
    set 的内部实现是一个 value永远为null的HashMap,实际就是通过计算hash的方式来快速排重的,这也是set能提供判断一个成员是否在集合内的原因。  

Sort Set

 
5、Sorted set  
  
  常用命令:  
    zadd,zrange,zrem,zcard等  
  
  使用场景:  
    以某个条件为权重,比如按顶的次数排序.  
    ZREVRANGE命令可以用来按照得分来获取前100名的用户,ZRANK可以用来获取用户排名,非常直接而且操作容易。  
    Redis sorted set的使用场景与set类似,区别是set不是自动有序的,而sorted set可以通过用户额外提供一个优先级(score)的参数来为成员排序,并且是插入有序的,即自动排序。  
    比如:twitter 的public timeline可以以发表时间作为score来存储,这样获取时就是自动按时间排好序的。  
    比如:全班同学成绩的SortedSets,value可以是同学的学号,而score就可以是其考试得分,这样数据插入集合的,就已经进行了天然的排序。  
    另外还可以用Sorted Sets来做带权重的队列,比如普通消息的score为1,重要消息的score为2,然后工作线程可以选择按score的倒序来获取工作任务。让重要的任务优先执行。  
  
    需要精准设定过期时间的应用  
    比 如你可以把上面说到的sorted set的score值设置成过期时间的时间戳,那么就可以简单地通过过期时间排序,定时清除过期数据了,不仅是清除 Redis中的过期数据,你完全可以把Redis里这个过期时间当成是对数据库中数据的索引,用Redis来找出哪些数据需要过期删除,然后再精准地从数 据库中删除相应的记录。  
  
  
  实现方式:  
    Redis sorted set 的内部使用HashMap和跳跃表(SkipList)来保证数据的存储和有序,HashMap里放的是成员到score的映射,而跳跃表里存放的是所有 的成员,排序依据是HashMap里存的score,使用跳跃表的结构可以获得比较高的查找效率,并且在实现上比较简单。  

消息订阅

 6、 Pub/Sub  
  
    Pub/Sub 从字面上理解就是发布(Publish)与订阅(Subscribe),在Redis中,你可以设定对某一个key值进行消息发布及消息订阅,  
    当一个key值上进行了消息发布后,所有订阅它的客户端都会收到相应的消息。这一功能最明显的用法就是用作实时消息系统,比如普通的即时聊天,群聊等功能。  
  
客户端1:subscribe  rain  
客户端2:PUBLISH  rain "my love!!!"  
    (integer) 2 代表有几个客户端订阅了这个消息  

transaction

7、Transactions  
  
    谁 说NoSQL都不支持事务,虽然Redis的Transactions提供的并不是严格的ACID的事务(比如一串用EXEC提交执行的命令,在执行中服 务器宕机,那么会有一部分命令执行了,剩下的没执行),但是这个Transactions还是提供了基本的命令打包执行的功能(在服务器不出问题的情况 下,可以保证一连串的命令是顺序在一起执行的,中间有会有其它客户端命令插进来执行)。  
    Redis还提供了一个Watch功能,你可以对一个key进行Watch,然后再执行Transactions,在这过程中,如果这个Watched的值进行了修改,那么这个Transactions会发现并拒绝执行。  
Session 1  
    (1)第1步  
    redis 127.0.0.1:6379> get age  
    "10"  
    redis 127.0.0.1:6379> watch age  
    OK  
    redis 127.0.0.1:6379> multi  
    OK  
    redis 127.0.0.1:6379>  
   
Session 2  
    (2)第2步  
    redis 127.0.0.1:6379> set age 30  
    OK  
    redis 127.0.0.1:6379> get age  
    "30"  
    redis 127.0.0.1:6379>  
  
Session 1     
    (3)第3步  
    redis 127.0.0.1:6379> set age 20  
    QUEUED  
    redis 127.0.0.1:6379> exec  
    (nil)  
    redis 127.0.0.1:6379> get age  
    "30"  
    redis 127.0.0.1:6379>  
  
    第一步,Session 1 还没有来得及对age的值进行修改  
  第二步,Session 2 已经将age的值设为30  
  第三步,Session 1 希望将age的值设为20,但结果一执行返回是nil,说明执行失败,之后我们再取一下age的值是30,这是由于Session   1中对age加了乐观锁导致的。  
 


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