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分布式緩存Redis之資料類型

寫在前面

  本學習教程所有示例代碼見GitHub：https://github.com/selfconzrr/Redis_Learning

  Redis 資料類型官方文檔：http://www.redis.net.cn/tutorial/3505.html

  Redis支援五種資料類型：string（字元串），hash（哈希），list（清單），set（集合）及zset(sorted set：有序集合)

使用場景及簡介

String：

  string是最簡單的類型，你可以了解成與Memcached是一模一樣的類型，一個key對應一個value，其上支援的操作與Memcached的操作類似。但它的功能更豐富。

  string類型是二進制安全的。意思是redis的string可以包含任何資料，比如jpg圖檔或者序列化的對象。從内部實作來看其實string可以看作byte數組，最大上限是1G位元組，下面是string類型的定義:

struct sdshdr {
　　long len;
　　long free;
　　char buf[];
　　};

  其中：

  len是buf數組的長度。

  free是數組中剩餘可用位元組數，由此可以了解為什麼string類型是二進制安全的了，因為它本質上就是個byte數組，當然可以包含任何資料了。

  buf是個char數組用于存貯實際的字元串内容，其實char和c#中的byte是等價的，都是一個位元組。

  另外string類型可以被部分指令按int處理。比如incr等指令，如果隻用string類型，redis就可以被看作加上持久化特性的memcached。當然redis對string類型的操作比memcached還是多很多的。

  學習的時候，就有個疑問了：什麼是二進制安全？為什麼string是二進制安全的？

  見博文：http://blog.csdn.net/u011489043/article/details/78738374

LIST：

  Redis的list類型其實就是一個每個子元素都是string類型的雙向連結清單。連結清單的最大長度是(2的32次方)。我們可以通過push,pop操作從連結清單的頭部或者尾部添加删除元素。這使得list既可以用作棧，也可以用作隊列。

  list的pop操作還有阻塞版本的，當我們[l/r]pop一個list對象時，如果list是空，或者不存在，會立即傳回nil。但是阻塞版本的b[l/r]pop則可以阻塞，當然可以加逾時時間，逾時後也會傳回nil。

  為什麼要阻塞版本的pop呢，主要是為了避免輪詢。舉個簡單的例子如果我們用list來實作一個工作隊列，執行任務的thread可以調用阻塞版本的pop去擷取任務。這樣就可以避免輪詢去檢查是否有任務存在，當任務來時候工作線程可以立即傳回，也可以避免輪詢帶來的延遲。

　　

  應用： 可以作為消息隊列，LPUSH連結清單頭作為生産者插入消息，RPOP作為消費者取得消息。

Hash：

  Redis hash是一個string類型的field和value的映射表。它的添加、删除操作都是O(1)(平均)。hash特别适合用于存儲對象。相較于将對象的每個字段存成單個string類型。将一個對象存儲在hash類型中會占用更少的記憶體，并且可以更友善的存取整個對象。

  省記憶體的原因是建立一個hash對象時，開始是用zipmap(又稱為small hash)來存儲的。這個zipmap其實并不是hash table，但是zipmap相比正常的hash實作可以節省不少hash本身需要的一些中繼資料存儲開銷。盡管zipmap的添加，删除，查找都是O(n)，但是由于一般對象的field數量都不太多。是以使用zipmap也是很快的,也就是說添加删除平均還是O(1)。如果field或者value的大小超出一定限制後，Redis會在内部自動将zipmap替換成正常的hash實作。這個限制可以在配置檔案中指定。

hash-max-zipmap-entries 64 #配置字段最多64個。
hash-max-zipmap-value 512 #配置value最大為512位元組。

  應用： AIOP中使用者标簽資訊使用HASHMAP存儲，存儲結構為user:phone tag1 val1 tag2 val2 ，AIOP傳遞客戶手機号，即可通過HGET user:phone tag1 tag2 取出标簽值。

Set：

  Redis的set是string類型的無序集合。set元素最大可以包含(2的32次方)個元素。

  set的是通過hash table實作的，是以添加、删除和查找的複雜度都是O(1)。hash table會随着添加或者删除自動的調整大小。需要注意的是調整hash table大小時候需要同步(擷取寫鎖)會阻塞其他讀寫操作，可能不久後就會改用跳表(skip list)來實作，跳表已經在sorted set中使用了。關于set集合類型除了基本的添加删除操作，其他有用的操作還包含集合的取并集(union)，交集(intersection)，差集(difference)。通過這些操作可以很容易的實作sns中的好友推薦和blog的tag功能。

  應用： COC中将符合标簽的使用者進行聚類，存放到Set中，比如set1 存放學生标簽使用者、set2存放低消費使用者、set3存放非合約使用者，那麼取出可能購買小米的低消非合約學生使用者群：

SINTERSTORE  aset set1 set2 // 将set1與set2的交集賦給aset
SDIFF aset set3   //取aset與set3的差集

Sorted Set：

  和set一樣sorted set也是string類型元素的集合，不同的是每個元素都會關聯一個double類型的score。sorted set的實作是skip list和hash table的混合體。

  當元素被添加到集合中時，一個元素到score的映射被添加到hash table中，是以給定一個元素擷取score的開銷是O(1)，另一個score到元素的映射被添加到skip list，并按照score排序，是以就可以有序的擷取集合中的元素。**添加，删除操作開銷都是O(log(N))**和skip list的開銷一緻。

  redis的skip list實作用的是雙向連結清單，這樣就可以逆序從尾部取元素。sorted set最經常的使用方式應該是作為索引來使用。我們可以把要排序的字段作為score存儲，對象的id當元素存儲。

　　

  **應用：**可以用于一個大型線上遊戲的積分排行榜。每當玩家的分數發生變化時，可以執行ZADD指令更新玩家的分數，此後再通過ZRANGE指令擷取積分TOP TEN的使用者資訊。當然我們也可以利用ZRANK指令通過username來擷取玩家的排行資訊。最後我們将組合使用ZRANGE和ZRANK指令快速的擷取和某個玩家積分相近的其他使用者的資訊。

在Ubuntu下的終端操作：

  啟動redis伺服器後，進入redis用戶端，然後大家可以嘗試如下指令的操作，一方面熟悉Linux操作，一方面熟悉redis支援的資料類型。

1、增加一條字元串記錄key1

# 增加一條記錄key1
redis 127.0.0.1:6379> set key1 "hello"
OK

# 列印記錄
redis 127.0.0.1:6379> get key1
"hello"

2、增加一條數字記錄key2

# 增加一條數字記錄key2
set key2 1
OK

# 讓數字自增
redis 127.0.0.1:6379> INCR key2
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> INCR key2
(integer) 3

# 列印記錄
redis 127.0.0.1:6379> get key2
"3"

3、增加一條清單記錄key3

# 增加一個清單記錄key3
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH key3 a
(integer) 1

# 從左邊插入清單
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH key3 b
(integer) 2

# 從右邊插入清單
redis 127.0.0.1:6379> RPUSH key3 c
(integer) 3

# 列印清單記錄，按從左到右的順序
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE key3 0 3
1) "b"
2) "a"
3) "c"

4、增加一條哈希表記錄key4

# 增加一個哈希記表錄key4
redis 127.0.0.1:6379> HSET key4 name "John Smith"
(integer) 1

# 在哈希表中插入，email的Key和Value的值
redis 127.0.0.1:6379> HSET key4 email "[email protected]"
(integer) 1

# 列印哈希表中，name為key的值
redis 127.0.0.1:6379> HGET key4 name
"John Smith"

# 列印整個哈希表
redis 127.0.0.1:6379> HGETALL key4
1) "name"
2) "John Smith"
3) "email"
4) "[email protected]"

5、增加一條哈希表記錄key5

# 增加一條哈希表記錄key5，一次插入多個Key和value的值
redis 127.0.0.1:6379> HMSET key5 username antirez password P1pp0 age 3
OK

# 列印哈希表中，username和age為key的值
redis 127.0.0.1:6379> HMGET key5 username age
1) "antirez"
2) "3"

# 列印完整的哈希表記錄
redis 127.0.0.1:6379> HGETALL key5
1) "username"
2) "antirez"
3) "password"
4) "P1pp0"
5) "age"
6) "3"

# 檢視所有的key清單
redis 127.0.0.1:6379> keys *
1) "key2"
2) "key3"
3) "key4"
4) "key5"
5) "key1"

# 删除key1,key5
redis 127.0.0.1:6379> del key1
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> del key5
(integer) 1

# 檢視所有的key清單
redis 127.0.0.1:6379> keys *
1) "key2"
2) "key3"
3) "key4"

在windows下的Eclipse操作

  建立java工程，需要引入用戶端jedis的jar包，兩種方式

  添加maven依賴

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>2.9.0</version>
</dependency>

  直接下載下傳，（我的百度網盤）

  Jedis2.1.0，連結：https://pan.baidu.com/s/1o7K0Zai 密碼：wabo

  Jedis2.9.0，連結：https://pan.baidu.com/s/1i5tNhx7 密碼：u9si

  然後，執行下面的簡單測試代碼。看能否成功連接配接Ubuntu下的伺服器，并實作key-value的操作。

  比如在Ubuntu終端下，輸入指令：get key6；如果在終端界面輸出：jedis test6，說明遠端連接配接、操作資料庫成功。

Jedis jedis = new Jedis("192.168.65.130", 6379);// 此ip為Ubuntu的ip位址
		jedis.auth("redis");// redis-cli的通路密碼
		System.out.println("Connection to server sucessfully");
		// 檢視服務是否運作
		System.out.println("Server is running: " + jedis.ping());
		// 進行資料庫操作測試
		jedis.set("key6", "redis test");
		jedis.set("key7", "張瑞瑞");//中文在Ubuntu下沒正常顯示
		String string = jedis.get("key7");
		String string1 = jedis.get("key6");
		System.out.println(string + " " + string1);

  比如對set類型的詳細操作，完整代碼見開篇留的GitHub源碼位址（幾乎囊括了五種資料類型的所有操作）。主要是熟悉一些常用指令的功能及用法。

public static void SetOperate(Jedis jedis, ShardedJedis shardedJedis) {
		System.out.println("================set=================");
		System.out.println("清空庫中所有資料：" + jedis.flushDB());

		System.out.println("=============增=============");
		System.out.println("向sets集合中加入元素element001："
				+ jedis.sadd("sets", "element001"));
		System.out.println("向sets集合中加入元素element002："
				+ jedis.sadd("sets", "element002"));
		System.out.println("向sets集合中加入元素element003："
				+ jedis.sadd("sets", "element003"));
		System.out.println("向sets集合中加入元素element004："
				+ jedis.sadd("sets", "element004"));
		System.out.println("向sets集合中加入元素element001："
				+ jedis.sadd("sets", "element001"));
		System.out.println("檢視sets集合中的所有元素:" + jedis.smembers("sets"));
		System.out.println();

		System.out.println("=============删=============");
		System.out.println("集合sets中删除元素element003："
				+ jedis.srem("sets", "element003"));
		// smembers(key) ：傳回名稱為key的set的所有元素
		System.out.println("檢視sets集合中的所有元素:" + jedis.smembers("sets"));
		/*
		 * System.out.println("sets集合中任意位置的元素出棧："+jedis.spop("sets")); --無實際意義
		 * System.out.println("檢視sets集合中的所有元素:"+jedis.smembers("sets"));
		 */
		System.out.println();

		System.out.println("=============查=============");
		// sismember(key, member) ：member是否是名稱為key的set的元素
		System.out.println("判斷element001是否在集合sets中："
				+ jedis.sismember("sets", "element001"));
		// scard(key) ：傳回名稱為key的set的基數
		System.out.println("基數： " + jedis.scard("sets"));
		System.out.println("循環查詢擷取sets中的每個元素：");
		Set<String> set = jedis.smembers("sets");
		Iterator<String> it = set.iterator();
		while (it.hasNext()) {
			Object obj = it.next();
			System.out.println(obj);
		}
		System.out.println();

		System.out.println("=============集合運算=============");
		System.out.println("sets1中添加元素element001："
				+ jedis.sadd("sets1", "element001"));
		System.out.println("sets1中添加元素element002："
				+ jedis.sadd("sets1", "element002"));
		System.out.println("sets1中添加元素element003："
				+ jedis.sadd("sets1", "element003"));

		System.out.println("sets2中添加元素element002："
				+ jedis.sadd("sets2", "element002"));
		System.out.println("sets2中添加元素element003："
				+ jedis.sadd("sets2", "element003"));
		System.out.println("sets2中添加元素element004："
				+ jedis.sadd("sets2", "element004"));

		System.out.println("檢視sets1集合中的所有元素:" + jedis.smembers("sets1"));
		System.out.println("檢視sets2集合中的所有元素:" + jedis.smembers("sets2"));
		System.out.println("sets1和sets2交集：" + jedis.sinter("sets1", "sets2"));
		System.out.println("sets1和sets2并集：" + jedis.sunion("sets1", "sets2"));
		// 記A，B是兩個集合，則所有屬于A且不屬于B的元素構成的集合,為“差集”
		System.out.println("sets1和sets2差集：" + jedis.sdiff("sets1", "sets2"));
	}

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