Redis系列(二)：Redis概述和使用

本文是Redis系列文章的第二篇，将详细介绍Redis的相关知识，包括Redis简介，优势，以及五种数据结构使用实例等，安装和配置请查看《Redis系列(一)：安装和配置》。

1. Redis简介

Redis是一个开源的、使用C语言编写的、支持网络交互的、可基于内存也可持久化的Key-Value数据库。它支持5种类型的数据结构，如字符串（strings），散列（hashes），列表（lists），集合（sets），有序集合（sorted sets）。除此之外，通过复制、持久化（persistence）和客户端分片（client-side sharding）等特性，用户可以很方便地将Redis扩展成一个能够包含数百GB数据、每秒处理上百万次请求的系统。
Redis的作者叫Salvatore Sanfilippo，来自意大利的西西里岛，现在居住在卡塔尼亚；目前供职于Pivotal公司。Redis开源项目的源码在GitHub的地址《Redis》，有兴趣的朋友可以看看。

2. Redis优势

Redis是非常快的，由于Redis只使用单核，而Memcached可以使用多核，所以在比较上，平均每一个核上Redis在存储小数据时比Memcached性能更高。每秒可以执行大约110000设置操作，81000个/每秒的读取操作。
支持丰富的数据类型：Redis支持最大多数开发人员已经知道如列表，集合，可排序集合，哈希等数据类型。这使得在应用中很容易解决的各种问题，因为我们知道哪些问题处理使用哪种数据类型更好解决。
操作都是原子的：所有 Redis 的操作都是原子，从而确保当两个客户同时访问 Redis 服务器得到的是更新后的值（最新值）。
数据的一致性方面：Memcached提供了cas命令来保证.而Redis提供了事务的功能，可以保证一串命令的原子性，中间不会被任何操作打断
数据持久化：Redis提供了两种持久化的方式，分别是RDB（Redis DataBase）和AOF（Append Only File）；可以将内存中的数据保持在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。

3. Redis与其他数据库对比

Redis属于非关系数据库，Redis不使用表，它的数据库也不会预定义或者强制去要求用户对Redis存储的不同数据进行关联。
高性能键值缓存服务器Memcached也经常被拿来与Redis进行比较：这两者都可用于存储键值映射，彼此的性能也相差无几，但是Redis能够自动以两种不同的方式将数据写入硬盘，并且Redis除了能存储普通的字符串键之外，还可以存储其他4种数据结构，而Memcached只能存储普通的字符串键。这些不同之处使得Redis可以用于解决更为广泛的问题，并且既可以用作主数据库（primary database）使用，又可以作为其他存储系统的辅助数据库（auxiliary database）使用。

下面表格将介绍Redis与其他数据库的功能区别：

名称	类型	数据存储选项	查询类型	附加功能
Redis	使用内存存储（in-memory）的非关系数据库	字符串、列表、集合、散列表、有序集合	每种数据类型都有自己的专属命令，另外还有批量操作（bulk operation）和不完全（partial）的事务支持	发布与订阅，主从复制（master/slave replication），持久化，脚本（存储过程，stored procedure）
memcached	使用内存存储的键值缓存	键值之间的映射	创建命令、读取命令、更新命令、删除命令以及其他几个命令	为提升性能而设的多线程服务器
MySQL	关系数据库	每个数据库可以包含多个表，每个表可以包含多个行；可以处理多个表的视图（view）；支持空间（spatial）和第三方扩展	`SELECT`、 `INSERT`、 `UPDATE`、 `DELETE`、函数、存储过程	支持ACID性质（需要使用InnoDB），主从复制和主主复制（master/master replication）
PostgreSQL	关系数据库	每个数据库可以包含多个表，每个表可以包含多个行；可以处理多个表的视图；支持空间和第三方扩展；支持可定制类型	`SELECT`、 `INSERT`、 `UPDATE`、 `DELETE`、内置函数、自定义的存储过程	支持ACID性质，主从复制，由第三方支持的多主复制（multi-master replication）
MongoDB	使用硬盘存储（on-disk）的非关系文档存储	每个数据库可以包含多个表，每个表可以包含多个无schema（schema-less）的BSON文档	创建命令、读取命令、更新命令、删除命令、条件查询命令等	支持map-reduce操作，主从复制，分片，空间索引（spatial index）

4. Redis数据结构

Redis可以存储键与5种不同数据结构类型之间的映射，这5种数据结构类型分别为STRING（字符串）、LIST（列表）、SET（集合）、HASH（散列）和ZSET（有序集合）。有一部分Redis命令对于这5种结构都是通用的，如DEL、TYPE、RENAME等；但也有一部分Redis命令只能对特定的一种或者两种结构使用。

下面表格将介绍5种数据结构：

结构类型	结构存储的值	结构的读写能力
`String`	可以是字符串、整数或者浮点数	对整个字符串或者字符串的其中一部分执行操作；对整数和浮点数执行自增（increment）或者自减（decrement）操作
`List`	一个链表，链表上的每个节点都包含了一个字符串	从链表的两端推入或者弹出元素；根据偏移量对链表进行修剪（trim）；读取单个或者多个元素；根据值查找或者移除元素
`Set`	包含字符串的无序收集器（unordered collection），并且被包含的每个字符串都是独一无二、各不相同的	添加、获取、移除单个元素；检查一个元素是否存在于集合中；计算交集、并集、差集；从集合里面随机获取元素
`Hash`	包含键值对的无序散列表	添加、获取、移除单个键值对；获取所有键值对
`Zset`（有序集合）	字符串成员（member）与浮点数分值（score）之间的有序映射，元素的排列顺序由分值的大小决定	添加、获取、删除单个元素；根据分值范围（range）或者成员来获取元素

4.1 String—字符串

String是最简单的类型，一个key对应一个value，String类型是二进制安全的；这意味着它们没有任何特殊终端字符来确定长度，所以可以存储任何长度为 512 兆的字符串；可以包含任何数据，比如jpg图片或者序列化的对象；所有常用命令的复杂度都是O(1)，普通的Get/Set方法，可以用来做Cache，存Session，为了简化架构甚至可以替换掉Memcached。示例如下：

127.0.0.1:6379> set name 'MinHow' //设置name的值为MinHow
OK
127.0.0.1:6379> get name //获取name的值
"MinHow"
127.0.0.1:6379> del name //删除key
(integer) 1
127.0.0.1:6379> set num 1
OK
127.0.0.1:6379> incr num //将 num 中储存的数字值增一
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get num
"2"

4.2 List—列表

Redis 列表是简单的字符串列表，通过插入顺序排序；可以添加一个元素到 Redis 列表的头部或尾部；Redis列表可执行的操作和很多编程语言里面的列表操作非常相似：LPUSH命令和RPUSH命令分别用于将元素推入列表的左端（left end）和右端（right end）；LPOP命令和RPOP命令分别用于从列表的左端和右端弹出元素；LINDEX命令用于获取列表在给定位置上的一个元素；LRANGE命令用于获取列表在给定范围上的所有元素。示例如下：

127.0.0.1:6379> lpush minhow redis //新建一个list叫minhow，并在列表头部插入元素redis
(integer) 1
127.0.0.1:6379> rpush minhow mysql //在minhow右侧插入元素mysql
(integer) 2
127.0.0.1:6379> lpush minhow mongodb
(integer) 3
127.0.0.1:6379> rpush minhow oracle
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange minhow 0 1 //列出编号0到1的元素
1) "mongodb"
2) "redis"
127.0.0.1:6379> lindex minhow 3 //列出编号3的元素
"oracle"

4.3 Set—集合

Redis的集合是string类型的无序集合；集合成员是唯一的，这就意味着集合中不能出现重复的数据；集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。示例如下：

127.0.0.1:6379> sadd minhow 'redis' //向集合minhow加入redis元素
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd minhow memcache
(integer) 1
127.0.0.1:6379> smembers minhow //列出集合minhow所有元素
1) "memcache"
2) "redis"
127.0.0.1:6379> sismember minhow redis //判断元素redis是否在集合minhow中，返回1表示存在，返回0表示不存在
(integer) 1

4.4 Zset—集合

Redis的有序集合和集合一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员；不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数；redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序；有序集合的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复；也是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是O(1)。示例如下：

127.0.0.1:6379> zadd minhow 1 redis //向minhow中新增序号为1的redis元素
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd minhow 2 memcache //向minhow中新增序号为2的memcache元素
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd minhow 3 mysql //向minhow中新增序号为3的mysql元素
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd minhow 3 mysql //向minhow中新增序号为3的mysql元素
(integer) 0
127.0.0.1:6379> zadd minhow 3 oracle //向minhow中新增序号为3的oracle元素
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zrange minhow 0 5 withscores //列出minhow的所有元素，同时列出序号
1) "redis"
2) "1"
3) "memcache"
4) "2"
5) "mysql"
6) "3"
7) "oracle"
8) "3"

4.5 Hash—哈希

Redis的hash是一个string类型的field和value的映射表；相比String类型将这整个对象持久化成JSON格式，Hash将对象的各个属性存入Map里，可以只读取/更新对象的某些属性，hash特别适合用于存储对象。示例如下：

127.0.0.1:6379> hmset minhow name minhow sex male age 24 //建立minhow哈希，并赋值
OK
127.0.0.1:6379> hgetall minhow //列出minhow哈希的所有内容
1) "name"
2) "minhow"
3) "sex"
4) "male"
5) "age"
6) "24"
127.0.0.1:6379> hset minhow age 25 //修改minhow哈希的age值为25
(integer) 0
127.0.0.1:6379> hgetall minhow //列出minhow哈希的所有内容
1) "name"
2) "minhow"
3) "sex"
4) "male"
5) "age"
6) "25"

还有更多的hash操作方法可以查看

5. 使用合适的数据结构

不管是内存使用或者是性能，有的时候数据结构将产生很大的影响，下面是一些可以参考的最佳实践：

使用Hash取代将数据存储为数千（或者数百万）独立的字符串。哈希表是非常有效率的，并且可以减少你的内存使用（因为小的Hashes会被编码成一个非常小的空间）；同时，Hash还更有益于细节抽象和代码可读。
合适时候，使用List代替Set；如果你不需要使用Set特性，List在使用更少内存的情况下可以提供比Set更快的速度。
Zset（有序集合）是最昂贵的数据结构，不管是内存消耗还是基本操作的复杂性。如果你只是需要一个查询记录的途径，并不在意排序这样的属性，那么建议使用Hash。