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Day65-66-Redis核心原理与数据类型

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2026-06-04
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Day65-66 - Redis 核心原理与数据类型

本部分涵盖 Redis 核心知识，包括 NoSQL 概述、数据类型、持久化和发布订阅。

1. NoSQL 概述

1.1 NoSQL 分类

类型 代表产品 特点
KV 存储 Redis, Memcached 高性能，简单
文档数据库 MongoDB, Elasticsearch 半结构化存储
列式存储 HBase, ClickHouse 海量存储
图数据库 Neo4j 关系图谱

1.2 Redis 特点

据《Redis 核心知识点》（掘金），Redis 的核心特点：

  1. 纯内存存储：纳秒级访问，性能极高
  2. 单线程模型：避免锁竞争，简化实现
  3. IO 多路复用：epoll 高效处理并发
  4. 丰富数据结构：8 种数据类型

1.3 Redis vs Memcached

特性 Redis Memcached
数据类型 8 种 简单 KV
持久化 支持 不支持
集群 支持 不支持
事务 支持 不支持
内存管理 自有实现 slab

2. Redis 数据类型

2.1 String 类型

# 基本操作
SET key value
GET key
MSET key1 value1 key2 value2
MGET key1 key2

# 数值操作
INCR counter          # +1
INCRBY counter 10      # +10
DECR counter           # -1
DECRBY counter 5       # -5
INCRBYFLOAT score 1.5 # +1.5

# 过期时间
SET key value EX 60   # 60秒过期
SET key value PX 60000 # 60000毫秒过期
SETEX key 60 value    # 设置值并指定过期时间
TTL key               # 查看剩余过期时间

2.2 Hash 类型

# 基本操作
HSET user:1001 name "张三"
HSET user:1001 age 25
HGET user:1001 name
HGETALL user:1001

# 批量操作
HMSET user:1002 name "李四" age 30 email "li@example.com"
HMGET user:1002 name age

# 计数操作
HINCRBY user:1001 login_count 1
HINCRBYFLOAT user:1001 score 0.5

# 其他操作
HLEN user:1001           # 字段数量
HEXISTS user:1001 name   # 字段是否存在
HKEYS user:1001          # 获取所有字段名
HVALS user:1001          # 获取所有值

2.3 List 类型

# 基本操作
LPUSH list_key item1    # 左侧插入
RPUSH list_key item2     # 右侧插入
LPOP list_key           # 左侧弹出
RPOP list_key           # 右侧弹出

# 范围操作
LRANGE list_key 0 -1    # 获取全部元素
LRANGE list_key 0 9    # 获取前10个

# 阻塞操作
BLPOP list_key 0        # 阻塞左侧弹出
BRPOP list_key 0        # 阻塞右侧弹出

# 其他操作
LLEN list_key           # 列表长度
LINSERT list_key BEFORE "item1" "item0"  # 插入
LREM list_key 2 "item"  # 删除指定元素

2.4 Set 类型

# 基本操作
SADD tags "java" "redis" "mysql"
SREM tags "mysql"
SMEMBERS tags
SISMEMBER tags "java"   # 判断是否成员

# 集合运算
SINTER tags1 tags2       # 交集
SUNION tags1 tags2       # 并集
SDIFF tags1 tags2        # 差集

# 计数
SCARD tags              # 集合大小
SRANDMEMBER tags 2      # 随机获取N个

# 移动
SMOVE source dest member

2.5 ZSet 类型

# 基本操作
ZADD leaderboard 100 "张三"
ZADD leaderboard 200 "李四"
ZADD leaderboard 150 "王五"

# 按分数排序
ZRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES   # 升序
ZREVRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES # 降序

# 按分数范围查询
ZRANGEBYSCORE leaderboard 100 200    # 100-200分
ZRANGEBYSCORE leaderboard -inf +inf  # 所有

# 排名
ZRANK leaderboard "张三"   # 获取排名（0开始）
ZREVRANK leaderboard "张三" # 降序排名

# 计数
ZCARD leaderboard          # 成员数量
ZCOUNT leaderboard 100 200  # 分数范围内数量

2.6 Bitmap 类型

# 位操作
SETBIT user:login:20240101 10086 1  # 设置用户10086登录
GETBIT user:login:20240101 10086    # 获取登录状态
BITCOUNT user:login:20240101        # 统计登录人数

# 位运算
BITOP AND result key1 key2
BITOP OR result key1 key2

2.7 HyperLogLog 类型

# 基数统计（百万级数据只需12KB）
PFADD page:20240101 "192.168.1.1"
PFADD page:20240101 "192.168.1.2"
PFCOUNT page:20240101       # 估算UV数量

# 合并
PFMERGE result page20240101 page20240102

2.8 GEO 类型

# 地理位置
GEOADD cities 116.40 39.90 "北京"
GEOADD cities 121.47 31.23 "上海"

# 距离计算
GEODIST cities "北京" "上海" km

# 附近的人
GEORADIUS cities 116.40 39.90 100 km WITHDIST

3. Redis 持久化

3.1 RDB 持久化

# 手动触发
BGSAVE                    # 后台异步保存
SAVE                      # 同步保存（阻塞）

# 配置自动触发
save 900 1      # 900秒内≥1个key变化
save 300 10     # 300秒内≥10个key变化
save 60 10000   # 60秒内≥10000个key变化

# 配置文件
dir /var/lib/redis
dbfilename dump.rdb

# rdb 通过 fork 子进程实现
# 1. fork 出一个子进程
# 2. 子进程遍历内存数据写入临时文件
# 3. 写入完成后替换原文件

3.2 AOF 持久化

# 开启 AOF
appendonly yes
appendfilename "appendonly.aof"

# 同步策略
appendfsync always     # 每次写入都同步（最安全，性能差）
appendfsync everysec   # 每秒同步（默认，推荐）
appendfsync no         # 操作系统决定（性能最好，可能丢数据）

# AOF 重写
BGREWRITEAOF          # 手动触发重写
auto-aof-rewrite-percentage 100  # 文件大小增长100%时重写
auto-aof-rewrite-min-size 64mb   # 文件≥64MB时可能重写

3.3 混合持久化

# 开启混合持久化
aof-use-rdb-preamble yes

# 工作原理
# 1. 重写时，先以 RDB 格式写入
# 2. 然后追加 AOF 操作
# 3. 恢复时，先加载 RDB，再执行增量 AOF

3.4 持久化对比

特性 RDB AOF 混合
文件大小 小 大 中
恢复速度 快 慢 快
数据完整性 可能丢数据 可配置 较完整
资源消耗 fork 消耗 持续 IO 中
复杂度 简单 中 中

4. 发布订阅

4.1 发布订阅模式

# 订阅频道
SUBSCRIBE channel1 channel2
UNSUBSCRIBE channel1

# 订阅模式
PSUBSCRIBE news.*

# 发布消息
PUBLISH channel1 "Hello Redis"

# 查看活跃频道
PUBSUB CHANNELS

4.2 使用场景

场景 说明
消息通知 系统事件通知
实时聊天 聊天室消息推送
订阅计数 文章订阅功能

5. Redis 客户端

5.1 Python 客户端

import redis

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

# String 操作
r.set('name', '张三')
r.get('name')
r.incr('counter')

# Hash 操作
r.hset('user:1', mapping={'name': '张三', 'age': 25})
r.hgetall('user:1')

# 批量操作
r.mset({'key1': 'v1', 'key2': 'v2'})
r.mget(['key1', 'key2'])

5.2 Jedis 连接池

import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.Jedis;

JedisPool pool = new JedisPool("localhost", 6379);

try (Jedis jedis = pool.getResource()) {
    jedis.set("key", "value");
    String value = jedis.get("key");
}

6. Redis 键管理

6.1 键操作

# 基本操作
EXISTS key              # 检查是否存在
DEL key1 key2          # 删除
RENAME key newkey       # 重命名
TYPE key                # 查看类型

# 过期管理
EXPIRE key 60           # 设置过期时间（秒）
PEXPIRE key 60000      # 设置过期时间（毫秒）
EXPIREAT key timestamp  # 设置过期时间戳
PERSIST key             # 移除过期

# 渐进式遍历
SCAN 0 MATCH pattern COUNT 100
SSCAN set_key 0 MATCH pattern COUNT 100
HSCAN hash_key 0 MATCH pattern COUNT 100
ZSCAN zset_key 0 MATCH pattern COUNT 100
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