【python】python进阶——Redis模块 - 教程

引言

一、Redis与Python的初次邂逅

1.1 为什么选择Redis？

1.2 安装redis-py

二、连接Redis：基础与高级配置

2.1 基础连接

2.2 带参数连接

2.3 使用连接池提升性能

三、Redis数据类型操作详解

3.1 字符串（Strings）

3.2 哈希（Hashes）

3.3 列表（Lists）

3.4 集合（Sets）

3.5 有序集合（Sorted Sets）

四、高级功能与实战技巧

4.1 数据过期与自动清理

4.2 管道（Pipeline）批量操作

4.3 事务（Transactions）保证原子性

4.4 发布/订阅模式

五、实战应用场景

5.1 缓存实现

5.2 会话存储

5.3 限流器

六、性能优化

引言

Redis作为一种高性能的键值存储系统，在缓存、会话存储、消息队列等场景中发挥着重要作用。结合Python使Redis的强大功能更易利用，本文将详细介绍如何使用Python操作Redis。

一、Redis与Python的初次邂逅

1.1 为什么选择Redis？

Redis是一款开源的内存数据结构存储，可用作数据库、缓存和消息代理。它支持多种数据结构（字符串、哈希、列表、集合等），并提供持久化功能。

1.2 安装redis-py

redis-py是Python与Redis交互的官方推荐库，安装简单：

pip install redis

二、连接Redis：基础与高级配置

2.1 基础连接

建立与Redis的基本连接：

import redis

# 最简单连接（默认localhost:6379，数据库0）
r = redis.Redis()
print("成功连接到Redis！" if r.ping() else "连接失败")

2.2 带参数连接

实际生产环境中通常需要更多参数：

import redis

try:   r = redis.Redis(       host='your_redis_host',  # Redis服务器地址       port=6379,               # 端口，默认6379       password='your_password', # 认证密码       db=0,                    # 数据库索引（0-15）       decode_responses=True,   # 自动将字节数据解码为字符串       socket_connect_timeout=5, # 连接超时时间（秒）       socket_timeout=5         # 操作超时时间（秒）   )   # 测试连接   r.ping()   print("成功连接到Redis！")
except redis.exceptions.ConnectionError as e:   print(f"连接失败: {e}")

关键参数解析：
decode_responses=True：让redis-py自动将返回的字节数据解码为字符串，省去手动解码步骤
socket_connect_timeout：控制连接建立的超时时间，避免程序长时间阻塞
socket_timeout：控制命令执行超时时间，提升应用稳定性

2.3 使用连接池提升性能

在高并发场景下，使用连接池可以显著提升性能：

import redis

# 创建连接池
pool = redis.ConnectionPool(   host='localhost',   port=6379,   password='your_password',   db=0,   decode_responses=True,   max_connections=10  # 连接池最大连接数
)

# 从连接池获取连接
r = redis.Redis(connection_pool=pool)

# 使用连接
r.set('pool_test', '连接池工作正常')
value = r.get('pool_test')
print(value)  # 输出：连接池工作正常

连接池的优势在于复用连接，避免频繁创建和销毁连接的开销，特别适合Web应用等高并发场景。

三、Redis数据类型操作详解

3.1 字符串（Strings）

字符串是Redis最基本的数据类型：

# 基本设置和获取
r.set('username', 'john_doe')
r.setex('temp_session', 3600, 'session_data')  # 带过期时间（秒）

# 批量操作
r.mset({'key1': 'value1', 'key2': 'value2', 'key3': 'value3'})
values = r.mget('key1', 'key2', 'key3')

# 数字操作
r.set('counter', 10)
r.incr('counter')  # 增加1
r.incrby('counter', 5)  # 增加5
r.decr('counter')  # 减少1

print(r.get('counter'))  # 输出：15

3.2 哈希（Hashes）

哈希适合存储对象：

# 设置哈希值
r.hset('user:100', 'name', 'Alice')
r.hset('user:100', 'age', 30)
# 或使用mapping参数批量设置
r.hset('user:101', mapping={'name': 'Bob', 'age': 25, 'city': 'New York'})

# 获取数据
name = r.hget('user:100', 'name')
all_data = r.hgetall('user:101')  # 获取所有字段

print(f"用户100姓名: {name}")
print(f"用户101全部数据: {all_data}")

3.3 列表（Lists）

Redis列表是基于链表实现的，适合做队列、栈等结构：

# 列表操作
r.lpush('tasks', 'task1', 'task2', 'task3')  # 左侧插入
r.rpush('tasks', 'task4')  # 右侧插入

# 获取元素
first_task = r.lpop('tasks')  # 左侧弹出
last_task = r.rpop('tasks')  # 右侧弹出

# 获取范围元素
all_tasks = r.lrange('tasks', 0, -1)  # 获取所有元素

print(f"第一个任务: {first_task}")
print(f"所有任务: {all_tasks}")

3.4 集合（Sets）

# 集合 - 无序且唯一
r.sadd('tags', 'python', 'redis', 'database', 'python')  # 重复元素自动去重

tags = r.smembers('tags')
print(f"标签集合: {tags}")  # 输出: {'python', 'redis', 'database'}

3.5 有序集合（Sorted Sets）

# 有序集合 - 带分数排序
r.zadd('leaderboard', {'Alice': 100, 'Bob': 90, 'Charlie': 120})
top_players = r.zrevrange('leaderboard', 0, 1, withscores=True)  # 降序排列

print(f"排行榜前两名: {top_players}")

四、高级功能与实战技巧

4.1 数据过期与自动清理

Redis可以设置键的生存时间，实现数据自动过期：

# 设置键的过期时间
r.setex('session_token', 3600, 'encrypted_token_data')  # 1小时后过期
r.expire('existing_key', 600)  # 设置已有键的过期时间（10分钟）
# 检查剩余时间
ttl = r.ttl('session_token')  # 获取剩余生存时间（秒）
print(f"会话令牌剩余生存时间: {ttl}秒")
# 监控数据生命周期
import time
r.set('temp_data', '重要但会消失的数据', ex=60)  # 60秒后自动删除
while True:remaining = r.ttl('temp_data')if remaining > 0:print(f"数据剩余寿命：{remaining}秒")time.sleep(10)else:print("数据已自然消亡")break

4.2 管道（Pipeline）批量操作

使用管道可以显著提升批量操作的性能：

import redis
r = redis.Redis(decode_responses=True)
# 创建管道
pipe = r.pipeline()
# 添加多个命令到管道
for i in range(1000):pipe.set(f'key:{i}', f'value:{i}')
# 一次性执行所有命令
results = pipe.execute()
print(f"批量插入了{len(results)}条数据")

管道通过减少网络往返次数来提升性能，特别适合批量数据插入场景。