Redis相关命令详解与原理（一）

Redis是什么？

Redis 的特点和功能

Redis工作模式

与MySQL的区别

安装编译和启动

redis的value类型编码

string类型

基础命令

应用

1.对象存储

2.累加器

3.分布式锁

4.位运算

list类型

基础命令

应用

1.栈（先进后出 FILO）

2.队列（先进先出 FIFO）

3.阻塞队列（blocking queue）

4.异步消息队列

5.获取固定窗口记录

hash类型

基础命令

存储结构

应用

1.存储对象

set类型

基础命令

存储结构

应用

1.抽奖

2.共同关注

3.推荐好友

zset类型

基础命令

存储结构

应用

1.百度热榜

Redis是什么？

Redis 是Remote Dictionary Server(Redis) 的缩写，是一个使用 C语言编写、遵守BSD协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型的Key-Value数据库，并提供多种语言的API。

它是一种 NoSQL（not-only sql，泛指非关系型数据库）的数据库，可以用作数据库、缓存、消息中间件、分布式锁等。

Redis 的特点和功能

性能优秀，数据在内存中，读写速度非常快，支持并发 10W QPS（每秒查询量）。
单进程单线程，是线程安全的，采用 IO 多路复用机制。
丰富的数据类型，支持字符串（strings）、散列（hashes）、列表（lists）、集合（sets）、有序集合（sorted sets）等。
支持数据持久化。
可以将内存中数据保存在磁盘中，重启时加载。
主从复制，哨兵，高可用。
可以用作分布式锁。
可以作为消息中间件使用，支持发布订阅

Redis工作模式

Redis 基于 客户端-服务器模型：

客户端发送请求（如 GET、SET）
→ Redis 处理请求（在内存中）
→ Redis 立即返回响应（低延迟）

与MySQL的区别

	Redis	MySQL
数据类型	支持字符串、哈希、列表、集合、有序集合等丰富数据类型	主要有整型、浮点型、字符型、日期时间型等
存储方式	主要是内存（读写速度快，适合缓存）	磁盘（速度相对较慢，适合存储）
使用场景	缓存、排行榜、消息队列	持久化存储、复杂查询
支持事务	基础事务支持	完整事务机制（ACID）
数据持久化	提供RDB和AOF等，但并非实时持久化	实时持久化

安装编译和启动

git clone https://gitee.com/mirrors/redis.git -b 6.2cd redismakemake testmake install# 默认安装在 /usr/local/bin# redis-server 是服务端程序
# redis-cli 是客户端程序mkdir redis-data# 把redis文件夹下 redis.conf 拷贝到 redis-data# 修改 redis.conf# requirepass 修改密码 123456# daemonize yescd redis-dataredis-server redis.conf# 通过 redis-cli 访问 redis-serverredis-cli -h 127.0.0.1 -a 123456

redis的value类型编码

Redis 会根据数据的类型 + 内容大小 + 特性来动态的选择最优的编码方式，即省内存又加快速度。

string类型

编码方式	长度规定
int	字符串长度小于等于 20 且能转成整数
embstr	字符串长度小于等于 44
raw	字符串长度大于 44

基础命令

命令	功能说明
SET key value	设置键的值
GET key	获取键的值
SETEX key seconds value	设置键并指定过期时间
INCR key/ DECR key	数值型累加 / 累减
INCRBY key n/ DECRBY key n	按指定数值增减
APPEND key value	追加内容到原字符串
STRLEN key	获取字符串长度
GETRANGE key start end	获取指定范围的子串
SETRANGE key offset value	替换子串

应用

1.对象存储

SET role:10001 '{["name"]:"kk",["sex"]:"male",["age"]:30}'SET role:10002 '{["name"]:"mm",["sex"]:"male",["age"]:30}'# 极少修改，对象属性字段很少改变的时候
GET role:10001

2.累加器

#统计阅读数  累计加1
incr reads
# 累计加100
incrby reads 100

3.分布式锁

# 加锁   加锁 和 解析  redis 实现是 非公平锁     ectd zk  用来实现公平锁
# 阻塞等待   阻塞连接的方式
# 介绍简单的原理： 事务
setnx lock 1   # 不存在才能设置 定义加锁行为  占用锁  
setnx lock uuid  # expire 30 过期
set lock uuid nx ex 30# 释放锁
del lockif (get(lock) == uuid)del(lock);

4.位运算

# 猜测一下 string 是用的 int 类型 还是 string 类型
# 月签到功能 10001 用户id 202106 2021年6月份的签到 6月份的第1天
setbit sign:10001:202106 1 1# 计算 2021年6月份 的签到情况
bitcount sign:10001:202106# 获取 2021年6月份 第二天的签到情况 1 已签到 0 没有签到
getbit sign:10001:202106 2

list类型

双向链表实现，列表首尾操作（删除和增加）时间复杂度O(1)；查找中间元素时间复杂度为 O(n)；

列表中数据是否压缩的依据：

元素长度小于 48，不压缩；
元素压缩前后长度差不超过 8，不压缩；

基础命令

命令	功能说明
LPUSH key value	从左侧插入
RPUSH key value	从右侧插入
LPOP key	弹出左边第一个元素
RPOP key	弹出右边第一个元素
LRANGE key start stop	获取指定范围内的元素
LLEN key	获取列表长度
LREM key count value	删除指定值的元素（count 为次数）
LTRIM key start stop	截取指定范围，保留该范围
LSET key index value	设置索引位置的值
LINDEX key index	获取指定索引的元素
BLPOP key [key2...] timeout	阻塞式左弹出
BRPOP key [key2...] timeout	阻塞式右弹出

应用

1.栈（先进后出 FILO）

LPUSH + LPOP
# 或者
RPUSH + LPOP

2.队列（先进先出 FIFO）

LPUSH + RPOP
# 或者
RPUSH + LPOP

3.阻塞队列（blocking queue）

LPUSH + BRPOP
# 或者
RPUSH + BLPOP

4.异步消息队列

#结合生产/消费模型，通过 List 实现轻量级消息队列，支持异步处理和消费速度差异
# 生产者写入日志消息
RPUSH logs:system "log1"
RPUSH logs:system "log2"# 消费者阻塞式读取
BLPOP logs:system 0

5.获取固定窗口记录

#每次登录都插入新记录，只保留前 N 条，模拟滑动窗口效果
LPUSH login:user:1001 "2025-04-15T10:00"
LTRIM login:user:1001 0 4    # 保留最近5条

hash类型

散列表，在很多高级语言当中包含这种数据结构；c++ unordered_map 通过 key 快速索引 value；

基础命令

命令	功能说明
HSET key field value	设置哈希表字段的值
HGET key fileld	获取哈希表字段的值
HDEL key field	删除一个或多个字段
HEXISTS key field	判断哈希表中所有字段和值
HGETALL key	获取哈希表中所有字段和值
HKEYS key	获取所有字段名
HVALS key	获取所有字段值
HMSET key field value1 field value2	批量设置字段值
HMGET key field1 field2 ...	批量获取字段值
HLEN key	获取字段数量
HINCRBY key field increment	整数值自增
HINCRBYFLOAT key field increment	浮点数值自增

存储结构

节点数量大于 512（hash-max-ziplist-entries）或所有字符串长度大于 64（hash-max-ziplist value），则使用 dict 实现；

节点数量小于等于 512 且有一个字符串长度小于 64，则使用 ziplist 实现；

应用

1.存储对象

#一个 key 代表一个对象，多个 field 对应字段名，模拟关系型数据库中一行记录
HSET user:1001 name "Alice"
HSET user:1001 age "24"
HSET user:1001 email "alice@example.com"
HGETALL user:1001

set类型

集合；用来存储唯一性字段，不要求有序

基础命令

命令	功能说明
SADD key member [member ...]	添加一个或多个元素到集合中
SREM key member [member ...]	移除一个或多个元素
SISMEMBER key member	判断元素是否存在
SCARD key	获取集合元素数量
SMEMBERS key	返回集合中所有元素
SRANDMEMBER key [count]	随机返回一个或多个元素
SPOP key [count]	随即弹出元素
SMOVE source destination member	将元素从一个集合移动到另一个集合
SDIFF key1 key2	返回 key1 有但 key2 没有的元素
SINTER key1 key2	返回 key1 和 key2 的交集
SUNION key1 key2	返回两个集合的并集

存储结构

元素都为整数且节点数量小于等于 512（set-max-intset-entries），则使用整数数组存储；
元素当中有一个不是整数或者节点数量大于 512，则使用字典存储；

应用

1.抽奖

# 添加抽奖用户sadd Award:1 10001 10002 10003 10004 10005 10006sadd Award:1 10009# 查看所有抽奖用户smembers Award:1# 抽取多名幸运用户srandmember Award:1 10

2.共同关注

 sadd follow:A mark king darren mole vicosadd follow:C mark king darrensinter follow:A follow:C

3.推荐好友

 sadd follow:A mark king darren mole vicosadd follow:C mark king darren# C可能认识的人：sdiff follow:A follow:C

zset类型

有序集合；用来实现排行榜；它是一个有序唯一；

基础命令

命令	功能说明
ZADD key [NX\|XX] [CH] [INCR] score member [score member ...]	添加到键为key有序集合（sorted set）里面
ZREM key member [member ...]	从键为key有序集合中删除 member 的键值对
ZSCORE key member	返回有序集key中，成员member的score值
ZINCRBY key increment member	为有序集key的成员member的score值加上增量increment
ZCARD key	返回key的有序集元素个数
ZRANK key member	返回有序集key中成员member的排名
ZRANGE key start stop [WITHSCORES]	返回存储在有序集合key中的指定范围的元素
ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]	返回有序集key中，指定区间内的成员(逆序)

存储结构

节点数量大于 128 或者有一个字符串长度大于 64，则使用跳表（skiplist）；

节点数量小于等于 128（zset-max-ziplist-entries）且所有字符串长度小于等于 64（zset-max ziplist-value），则使用 ziplist 存储；

数据少的时候，节省空间； $O(n)$
数量多的时候，访问性能；$O(1)$ or $O(log_{2}{n})$

应用

1.百度热榜

# 点击新闻：zincrby hot:20230612 1 10001zincrby hot:20230612 1 10002zincrby hot:20230612 1 10003zincrby hot:20230612 1 10004zincrby hot:20230612 1 10005zincrby hot:20230612 1 10006zincrby hot:20230612 1 10007zincrby hot:20230612 1 10008zincrby hot:20230612 1 10009zincrby hot:20230612 1 10010# 获取排行榜：zrevrange hot:20230612 0 9 withscores