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String 字符串
字符串类型是 Redis 最基础的数据类型,关于字符串需要特别注意:1)⾸先 Redis 中所有的键的类型都是字符串类型,⽽且其他⼏种数据结构也都是在字符串类似基础上构建的,例如列表和集合的元素类型是字符串类型,所以字符串类型能为其他 4 种数据结构的学习奠定基础。2)其次,如图 2-7所⽰,字符串类型的值实际可以是字符串,包含⼀般格式的字符串或者类似 JSON、XML 格式的字符串;数字,可以是整型或者浮点型;甚⾄是⼆进制流数据,例如图⽚、⾳频、视频等。不过⼀个字符串的最⼤值不能超过 512 MB。
图 2-7 字符串数据类型
常⻅命令
SET
set
将 string 类型的 value 设置到 key 中。如果 key 之前存在,则覆盖,⽆论原来的数据类型是什么。之前关于此 key 的 TTL 也全部失效。
语法:
SET key value [expiration EX seconds|PX milliseconds] [NX|XX]
命令有效版本:1.0.0 之后
时间复杂度:O(1)
选项:
SET 命令⽀持多种选项来影响它的⾏为:
EX
seconds⸺使⽤秒作为单位设置 key 的过期时间。PX
milliseconds⸺使⽤毫秒作为单位设置 key 的过期时间。NX
⸺只在 key 不存在时才进⾏设置,即如果 key 之前已经存在,设置不执⾏。XX
⸺只在 key 存在时才进⾏设置,即如果 key 之前不存在,设置不执⾏。
注意:由于带选项的 SET 命令可以被 SETNX
、 SETEX
、 PSETEX
等命令代替,所以之后的版本中,Redis 可能进⾏合并。
返回值:
- 如果设置成功,返回 OK。
- 如果由于 SET 指定了 NX 或者 XX 但条件不满⾜,SET 不会执⾏,并返回 (nil)。
⽰例:
redis> EXISTS mykey
(integer) 0
redis> SET mykey "Hello"
OK
redis> GET mykey
"Hello"
redis> SET mykey "World" NX
(nil)
redis> DEL mykey
(integer) 1
redis> EXISTS mykey
(integer) 0
redis> SET mykey "World" XX
(nil)
redis> GET mykey
(nil)
redis> SET mykey "World" NX
OK
redis> GET mykey
"World"
redis> SET mykey "Will expire in 10s" EX 10
OK
redis> GET mykey
"Will expire in 10s"
redis> GET mykey # 10秒之后
(nil)
GET
get
获取 key 对应的 value。如果 key 不存在,返回 nil。如果 value 的数据类型不是 string,会报错。
语法:
GET key
命令有效版本:1.0.0 之后
时间复杂度:O(1)
返回值:key 对应的 value,或者 nil 当 key 不存在。
⽰例:
redis> GET nonexisting
(nil)
redis> SET mykey "Hello"
"OK"
redis> GET mykey
"Hello"
redis> DEL mykey
(integer) 1
redis> EXISTS mykey
(integer) 0
redis> HSET mykey name Bob
(integer) 1
redis> GET mykey
(error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value
MGET
mget
⼀次性获取多个 key 的值。如果对应的 key 不存在或者对应的数据类型不是 string,返回 nil。
语法:
MGET key [key ...]
命令有效版本:1.0.0 之后
时间复杂度:O(N) N 是命令中 key 的数量,也可以认为是 O(1)
返回值:对应 value 的列表
⽰例:
redis> SET key1 "Hello"
"OK"
redis> SET key2 "World"
"OK"
redis> MGET key1 key2 nonexisting
1) "Hello"
2) "World"
3) (nil)
MSET
mset
⼀次性设置多个 key 的值。
语法:
MSET key value [key value ...]
命令有效版本:1.0.1 之后
时间复杂度:O(N) N 是命令中 key 的数量,也可以认为是 O(1)
返回值:永远是 OK
⽰例:
redis> MSET key1 "Hello" key2 "World"
"OK"
redis> GET key1
"Hello"
redis> GET key2
"World"
图 2-8 多次 get vs 单次 mget
如图 2-8 所⽰,使⽤ mget / mset 由于可以有效地减少了⽹络时间,所以性能相较更⾼。假设⽹络耗时 1 毫秒,命令执⾏时间耗时 0.1 毫秒,则执⾏时间如表 2-2 所⽰。
表 2-2 1000 次 get 和 1 次 mget 对⽐
操作 | 时间 |
---|---|
1000 次 get | 1000 x 1 + 1000 x 0.1 = 1100 毫秒 |
1 次 mget 1000 个键 | 1 x 1 + 1000 x 0.1 = 101 毫秒 |
学会使⽤批量操作,可以有效提⾼业务处理效率,但是要注意,每次批量操作所发送的键的数量也不是⽆节制的,否则可能造成单⼀命令执⾏时间过⻓,导致 Redis 阻塞。
SETNX
setnx
设置 key-value 但只允许在 key 之前不存在的情况下。
语法:
SETNX key value
命令有效版本:1.0.0 之后
时间复杂度:O(1)
返回值:1 表⽰设置成功。0 表⽰没有设置。
⽰例:
redis> SETNX mykey "Hello"
(integer) 1
redis> SETNX mykey "World"
(integer) 0
redis> GET mykey
"Hello"
SET、SET NX 和 SET XX 的执⾏流程如图 2-9 所⽰。
图 2-9 SET、SET NX、SET XX 执⾏流程
计数命令
INCR
incr
将 key 对应的 string 表⽰的数字加⼀。如果 key 不存在,则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的 string 不是⼀个整型或者范围超过了 64 位有符号整型,则报错。
语法:
INCR key
命令有效版本:1.0.0 之后
时间复杂度:O(1)
返回值:integer 类型的加完后的数值。
⽰例:
redis> EXISTS mykey
(integer) 0
redis> INCR mykey
(integer) 1
redis> SET mykey "10"
"OK"
redis> INCR mykey
(integer) 11
redis> SET mykey "234293482390480948029348230948"
"OK"
redis> INCR mykey
(error) value is not an integer or out of range
redis> SET mykey 'not a number'
"OK"
redis> INCR mykey
(error) value is not an integer or out of range
INCRBY
incrby
将 key 对应的 string 表⽰的数字加上对应的值。如果 key 不存在,则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的 string 不是⼀个整型或者范围超过了 64 位有符号整型,则报错。
语法:
INCRBY key decrement
命令有效版本:1.0.0 之后
时间复杂度:O(1)
返回值:integer 类型的加完后的数值。
⽰例:
redis> EXISTS mykey
(integer) 0
redis> INCRBY mykey 3
(integer) 3
redis> SET mykey "10"
"OK"
redis> INCRBY mykey 3
(integer) 13
redis> INCRBY mykey "not a number"
(error) ERR value is not an integer or out of range
redis> SET mykey "234293482390480948029348230948"
"OK"
redis> INCRBY mykey 3
(error) value is not an integer or out of range
redis> SET mykey 'not a number'
"OK"
redis> INCRBY mykey 3
(error) value is not an integer or out of range
DECR
decr
将 key 对应的 string 表⽰的数字减⼀。如果 key 不存在,则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的 string 不是⼀个整型或者范围超过了 64 位有符号整型,则报错。
语法:
DECR key
命令有效版本:1.0.0 之后
时间复杂度:O(1)
返回值:integer 类型的减完后的数值。
⽰例:
redis> EXISTS mykey
(integer) 0
redis> DECR mykey
(integer) -1
redis> SET mykey "10"
"OK"
redis> DECR mykey
(integer) 9
redis> SET mykey "234293482390480948029348230948"
"OK"
redis> DECR mykey
(error) value is not an integer or out of range
redis> SET mykey 'not a number'
"OK"
redis> DECR mykey
(error) value is not an integer or out of range
DECRBY
decrby
将 key 对应的 string 表⽰的数字减去对应的值。如果 key 不存在,则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的 string 不是⼀个整型或者范围超过了 64 位有符号整型,则报错。
语法:
DECRBY key decrement
命令有效版本:1.0.0 之后
时间复杂度:O(1)
返回值:integer 类型的减完后的数值。
⽰例:
redis> EXISTS mykey
(integer) 0
redis> DECRBY mykey 3
(integer) -3
redis> SET mykey "10"
"OK"
redis> DECRBY mykey 3
(integer) 7
redis> DECRBY mykey "not a number"
(error) ERR value is not an integer or out of range
redis> SET mykey "234293482390480948029348230948"
"OK"
redis> DECRBY mykey 3
(error) value is not an integer or out of range
redis> SET mykey 'not a number'
"OK"
redis> DECRBY mykey 3
(error) value is not an integer or out of range
INCRBYFLOAT
incrbyfloat
将 key 对应的 string 表⽰的浮点数加上对应的值。如果对应的值是负数,则视为减去对应的值。如果key 不存在,则视为 key 对应的 value 是 0。如果 key 对应的不是 string,或者不是⼀个浮点数,则报错。允许采⽤科学计数法表⽰浮点数。
语法:
INCRBYFLOAT key increment
命令有效版本:2.6.0 之后
时间复杂度:O(1)
返回值:加/减完后的数值。
⽰例:
redis> SET mykey 10.50
"OK"
redis> INCRBYFLOAT mykey 0.1
"10.6"
redis> INCRBYFLOAT mykey -5
"5.6"
redis> SET mykey 5.0e3
"OK"
redis> INCRBYFLOAT mykey 2.0e2
"5200"
很多存储系统和编程语⾔内部使⽤ CAS 机制实现计数功能,会有⼀定的 CPU 开销,但在 Redis 中完全不存在这个问题,因为 Redis 是单线程架构,任何命令到了 Redis 服务端都要顺序执⾏。
其他命令
APPEND
append
如果 key 已经存在并且是⼀个 string,命令会将 value 追加到原有 string 的后边。如果 key 不存在,则效果等同于 SET 命令。
语法:
APPEND KEY VALUE
命令有效版本:2.0.0 之后
时间复杂度:O(1). 追加的字符串⼀般⻓度较短, 可以视为 O(1).
返回值:追加完成之后 string 的⻓度(单位是字节)。
⽰例:
redis> EXISTS mykey
(integer) 0
redis> APPEND mykey "Hello"
(integer) 5
redis> GET mykey
"Hello"
redis> APPEND mykey " World"
(integer) 11
redis> GET mykey
"Hello World"
GETRANGE
getrange
返回 key 对应的 string 的⼦串,由 start 和 end 确定(左闭右闭)。可以使⽤负数表⽰倒数。-1 代表倒数第⼀个字符,-2 代表倒数第⼆个,其他的与此类似。超过范围的偏移量会根据 string 的⻓度调整成正确的值。
语法:
GETRANGE key start end
命令有效版本:2.4.0 之后
时间复杂度:O(N). N 为 [start, end] 区间的⻓度. 由于 string 通常⽐较短, 可以视为是 O(1)
返回值:string 类型的⼦串
⽰例:
redis> SET mykey "This is a string"
"OK"
redis> GETRANGE mykey 0 3
"This"
redis> GETRANGE mykey -3 -1
"ing"
redis> GETRANGE mykey 0 -1
"This is a string"
redis> GETRANGE mykey 10 100
"string"
SETRANGE
setrange
覆盖字符串的⼀部分,从指定的偏移开始(从第几个字节开始,开始进行替换,因为是字节,如果 value 是中文很可能出问题的)。
语法:
SETRANGE key offset value
命令有效版本:2.2.0 之后
时间复杂度:O(N), N 为 value 的⻓度. 由于⼀般给的 value ⽐较短, 通常视为 O(1).
返回值:替换后的 string 的⻓度。
⽰例:
redis> SET key1 "Hello World"
"OK"
redis> SETRANGE key1 6 "Redis"
(integer) 11
redis> GET key1
"Hello Redis"
STRLEN
strlen
获取 key 对应的 string 的⻓度(单位是字节)。当 key 存放的类型不是 string 时,报错。
语法:
STRLEN key
命令有效版本:2.2.0 之后
时间复杂度:O(1)
返回值:string 的⻓度。或者当 key 不存在时,返回 0。
⽰例:
redis> SET mykey "Hello world"
"OK"
redis> STRLEN mykey
(integer) 11
redis> STRLEN nonexisting
(integer) 0
命令⼩结
表 2-3 是字符串类型命令的效果、时间复杂度,开发⼈员可以参考此表,结合⾃⾝业务需求和数据⼤⼩选择合适的命令。
表 2-3 字符串类型命令⼩结
命令 | 执⾏效果 | 时间复杂度 |
---|---|---|
set key value [key value…] | 设置 key 的值是 value | O(k), k 是键个数 |
get key | 获取 key 的值 | O(1) |
del key [key …] | 删除指定的 key | O(k), k 是键个数 |
mset key value [key value…] | 批量设置指定的 key 和 value | O(k), k 是键个数 |
mget key [key …] | 批量获取 key 的值 | O(k), k 是键个数 |
incr key | 指定的 key 的值 +1 | O(1) |
decr key | 指定的 key 的值 -1 | O(1) |
incrby key n | 指定的 key 的值 +n | O(1) |
decrby key n | 指定的 key 的值 -n | O(1) |
incrbyfloat key n | 指定的 key 的值 +n | O(1) |
append key value | 指定的 key 的值追加 value | O(1) |
strlen key | 获取指定 key 的值的⻓度 | O(1) |
setrange key offset value | 覆盖指定 key 的从 offset 开始的部分值 | O(n),n 是字符串⻓度, 通常视为 O(1) |
getrange key start end | 获取指定 key 的从 start 到 end 的部分值 | O(n),n 是字符串⻓度, 通常视为 O(1) |
内部编码
字符串类型的内部编码有 3 种:
- int:8 个字节的⻓整型。
- embstr:⼩于等于 39 个字节的字符串。(如果是一个浮点数,则是一个字符串)
- raw:⼤于 39 个字节的字符串。
Redis 会根据当前值的类型和⻓度动态决定使⽤哪种内部编码实现。
整型类型⽰例如下:
127.0.0.1:6379> set key 6379
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key
"int"
短字符串⽰例如下:
# ⼩于等于 39 个字节的字符串
127.0.0.1:6379> set key "hello"
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key
"embstr"
⻓字符串⽰例如下:
# ⼤于 39 个字节的字符串
127.0.0.1:6379> set key "one string greater than 39 bytes ........"
OK
127.0.0.1:6379> object encoding key
"raw"
典型使⽤场景
缓存(Cache)功能
图 2-10 是⽐较典型的缓存使⽤场景,其中 Redis 作为缓冲层,MySQL 作为存储层,绝⼤部分请求的数据都是从 Redis 中获取。由于 Redis 具有⽀撑⾼并发的特性,所以缓存通常能起到加速读写和降低后端压力的作⽤。
图 2-10 Redis + MySQL 组成的缓存存储架构
下⾯的伪代码模拟了图 2-10 的业务数据访问过程:
- 假设业务是根据⽤⼾ uid 获取⽤⼾信息
UserInfo getUserInfo(long uid) {
...
}
- ⾸先从 Redis 获取⽤⼾信息,我们假设⽤⼾信息保存在 “user:info:” 对应的键中:
// 根据 uid 得到 Redis 的键
String key = "user:info:" + uid;
// 尝试从 Redis 中获取对应的值
String value = Redis 执⾏命令:get key;
// 如果缓存命中(hit)
if (value != null) {
// 假设我们的⽤⼾信息按照 JSON 格式存储
UserInfo userInfo = JSON 反序列化(value);
return userInfo;
}
- 如果没有从 Redis 中得到⽤⼾信息,及缓存 miss,则进⼀步从 MySQL 中获取对应的信息,随后写⼊缓存并返回:
// 如果缓存未命中(miss)
if (value == null) {
// 从数据库中,根据 uid 获取⽤⼾信息
UserInfo userInfo = MySQL 执⾏ SQL:select * from user_info where uid = <uid>
// 如果表中没有 uid 对应的⽤⼾信息
if (userInfo == null) {
响应 404
return null;
}
// 将⽤⼾信息序列化成 JSON 格式
String value = JSON 序列化(userInfo);
// 写⼊缓存,为了防⽌数据腐烂(rot),设置过期时间为 1 ⼩时(3600 秒)
Redis 执⾏命令:set key value ex 3600
// 返回⽤⼾信息
return userInfo;
}
通过增加缓存功能,在理想情况下,每个⽤⼾信息,⼀个⼩时期间只会有⼀次 MySQL 查询,极⼤地提升了查询效率,也降低了 MySQL 的访问数。
计数(Counter)功能
许多应⽤都会使⽤ Redis 作为计数的基础⼯具,它可以实现快速计数、查询缓存的功能,同时数据可以异步处理或者落地到其他数据源。如图 2-11 所⽰,例如视频⽹站的视频播放次数可以使⽤ Redis 来完成:⽤⼾每播放⼀次视频,相应的视频播放数就会⾃增 1。
图 2-11 记录视频播放次数
// 在 Redis 中统计某视频的播放次数
long incrVideoCounter(long vid) {
key = "video:" + vid;
long count = Redis 执⾏命令:incr key
return counter;
}
共享会话(Session)
如图 2-12 所⽰,⼀个分布式 Web 服务将⽤⼾的 Session 信息(例如⽤⼾登录信息)保存在各自的服务器中,但这样会造成⼀个问题:出于负载均衡的考虑,分布式服务会将⽤⼾的访问请求均衡到不同的服务器上,并且通常⽆法保证⽤⼾每次请求都会被均衡到同⼀台服务器上,这样当⽤⼾刷新⼀次访问是可能会发现需要重新登录,这个问题是⽤⼾⽆法容忍的。
图 2-12 Session 分散存储
为了解决这个问题,可以使⽤ Redis 将用户的 Session 信息进⾏集中管理,如图 2-13 所⽰,在这种模式下,只要保证 Redis 是⾼可⽤和可扩展性的,⽆论⽤⼾被均衡到哪台 Web 服务器上,都集中从 Redis 中查询、更新 Session 信息。
图 2-13 Redis 集中管理 Session
手机验证码
很多应⽤出于安全考虑,会在每次进⾏登录时,让⽤⼾输⼊⼿机号并且配合给⼿机发送验证码,然后让⽤⼾再次输⼊收到的验证码并进⾏验证,从⽽确定是否是⽤⼾本⼈。为了短信接口不会频繁访问,会限制用户每分钟获取验证码的频率,例如⼀分钟不能超过 5 次,如图 2-14 所⽰。
图 2-14 短信验证码
此功能可以⽤以下伪代码说明基本实现思路:
String 发送验证码(phoneNumber) {
key = "shortMsg:limit:" + phoneNumber;
// 设置过期时间为 1 分钟(60 秒)
// 使⽤ NX,只在不存在 key 时才能设置成功
bool r = Redis 执⾏命令:set key 1 ex 60 nx
if (r == false) {
// 说明之前设置过该⼿机的验证码了
long c = Redis 执⾏命令:incr key
if (c > 5) {
// 说明超过了⼀分钟 5 次的限制了
// 限制发送
return null;
}
}
// 说明要么之前没有设置过⼿机的验证码;要么次数没有超过 5 次
String validationCode = ⽣成随机的 6 位数的验证码();
validationKey = "validation:" + phoneNumber;
// 验证码 5 分钟(300 秒)内有效
Redis 执⾏命令:set validationKey validationCode ex 300;
// 返回验证码,随后通过⼿机短信发送给⽤⼾
return validationCode;
}
// 验证⽤⼾输⼊的验证码是否正确
bool 验证验证码(phoneNumber, validationCode) {
validationKey = "validation:" + phoneNumber;
String value = Redis 执⾏命令:get validationKey;
if (value == null) {
// 说明没有这个⼿机的验证码记录,验证失败
return false;
}
if (value == validationCode) {
return true;
} else {
return false;
}
}
以上介绍了使⽤ Redis 的字符串数据类型可以使⽤的⼏个场景,但其适⽤场景远不⽌于此,开发⼈员可以结合字符串类型的特点以及提供的命令,充分发挥⾃⼰的想象⼒,在⾃⼰的业务中去找到合适的场景去使⽤ Redis 的字符串类型。