【Redis】Redis安装步骤和特性以及支持的10种数据类型（Redis专栏启动）

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本文目录

本文导读

一、什么是Redis

1、Redis简介

2、Redis特性

二、Redis的安装步骤

1、Docker安装

2、Github编译

3、直接安装

三、Redis 支持的10种数据类型

1、 字符串（Strings）

2、散列（Hashes）

3、列表（Lists）

4、集合（Sets）

5、有序集合（Sorted sets）

6、流（Streams） 

7、位图（Bitmaps）

8、位域（Bitfields）

9、地理空间索引（Geospatial indexes）

10、HyperLogLog

11、Bitmaps、Bitfields、Geospatial、HyperLogLog的底层

四、源码中的7种数据类型

总结

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本文导读

本文作为Redis的开篇，简单介绍Redis以及其数据类型、存储、事务、lua、集群等等特性，展开讲解Redis的10中数据类型，并给出源码中的7种数据类型的结构，

所以当回答的时候，建议先说10种，再说7种，并展开官网和源码中的注释进行回答。让面试官看到你的理解和你对基本逻辑的掌握更系统和专业。

一、什么是Redis

1、Redis简介

Redis是一个日志类型的键值存储组件，使用ANSI C语言编写。它的所有数据结构都存储在内存中，可以用作缓存、数据库和消息中间件。

Redis（Remote dictionary server）是远程字典服务器的缩写。一个Redis实例可以有多个存储数据的字典，客户端 select 字典（即DB）来存储数据。

2、Redis特性

Redis有许多数据类型。它有10种核心数据类型，strings, hashes, lists, sets, sorted sets with range queries, bitmaps, hyperloglogs, geospatial indexes,bitfields, and streams.，每种类型都有一系列操作指令。Redis具有高性能，单线程压测可以达到 10~11w 的 QPS。

Redis中的所有数据读写操作都在内存中执行，但也可以下载所有数据进行持久化。Redis提供了两种持久性方法。一、快照模式，在某一时间将所有数据写入硬盘的RDB文件；二、追加文件模式，即所有写入命令都以追加模式写入硬盘的AOF文件。

Redis从2.6版开始就支持Lua，Lua是一种高效、简洁、可扩展的脚本语言，可以很容易地嵌入到其他语言中。通过在客户端支持定制的Lua脚本，Redis可以减少网络开销，提高处理性能，并整体操作脚本中的多个操作，以实现原子更新。

Redis支持事务。在多指令之后，指定多个操作，然后通过exec指令一次执行它们。如果在执行过程中发生异常，请不要执行所有命令操作。否则，一次按顺序执行所有操作，在执行过程中不会执行其他指令。

Redis还支持 Cluster  集群功能，所有 key 都可以通过哈希自动或手动分散到不同的节点。当容量不足时，一些 key 也可以通过 Redis 迁移指令迁移到其他节点。

二、Redis的安装步骤

Redis 需要使用 Linux 环境。如果使用Windows操作系统，可以考虑使用虚拟机。 如果不想安装也可以使用网页版Redis进行学习。

1、Docker安装

# 拉取 Redis 镜像
docker pull redis
 
# 运行 Redis 容器，6379是Redis端口号
docker run --name myredis -d -p6379:6379 redis
 
# 执行容器中的 redis-cli，
docker exec -it myredis redis-cli

2、Github编译

# Github 源码编译，下载源码
git clone --branch 5.0 --depth 1 git@github.com:antirez/redis.git
cd redis
 
# 编译
make
cd src
 
# 运行服务器，daemonize 表示在后台运行
./redis-server --daemonize yes
 
# 运行命令行
./redis-cli

3、直接安装

# 直接安装方式
# mac系统
brew install redis
 
# ubuntu操作系统
apt-get install redis
 
#运行客户端
redis-cli

三、Redis 支持的10种数据类型

我们经常见到网络上的博客和书籍，资料有很多都比较老久了，很多新的资料也不负责任，这里博主基于官网给出的标准进行讲解。

Redis provides data structures such as strings, hashes, lists, sets, sorted sets with range queries, bitmaps, hyperloglogs, geospatial indexes,bitfields, and streams.

Redis、Redis data types | Redis

1、 字符串（Strings）

Redis 字符串（String）存储字节序列，包括文本、序列化对象和二进制数组。因此，字符串是最基本的 Redis 数据类型。通常用于缓存，但它们支持额外的功能，也可以实现计数器和执行按位运算。默认情况下，单个 Redis 字符串最大为 512 MB。

# 添加缓存：在 Redis 中存储然后检索字符串
> SET user:1 salvatore
 
# 查询缓存
> GET user:1
 
# 存储序列化的 JSON 字符串并将其设置为从现在起 100 秒后过期：
> SET tuser:1 "\"{'username': 'priya', 'ticket_id': 321}\"" EX 100
 
# 增加一个计数器
> INCR tuser:1
1
> INCRBY tuser:1 10
11

SET存储一个字符串值。

SETNX仅当键不存在时才存储字符串值。用于实现锁。

GET检索字符串值。

MGET在单个操作中检索多个字符串值。 

大多数字符串操作的复杂度为 O(1)，这意味着它们非常高效。但是 SUBSTR复杂GETRANGE度SETRANGE可能为 O(n)。这些随机访问字符串命令在处理大字符串时可能会导致性能问题。

如果将结构化数据存储为序列化字符串，可能还需要考虑Redis 哈希或RedisJSON。

2、散列（Hashes）

Redis Hashes 是以字段值对集合的形式构造的记录类型。可以使用散列来表示基本对象和存储计数器分组等。大多数Redis哈希命令都是O（1）。

# 将基本用户配置文件表示为散列：
> HSET user:1 username
(integer) 4
 
> HGET user:1 username
"martina"
 
> HGETALL user:1
1) "username"

HSET设置哈希上一个或多个字段的值。

HGET返回给定字段的值。

HMGET返回一个或多个给定字段的值。

HINCRBY将给定字段的值增加提供的整数。

例如HKEYS、HVALS和HGETALL 是O（n），其中n是字段值对的数量。每个哈希可以存储多达4294967295（2^32-1）个字段值对，Redis 部署的VM上的总内存的限制。

3、列表（Lists）

Redis Lists 是字符串值的链接列表。Redis列表通常用于：实现堆栈和队列。为后台工作系统构建队列管理。

Redis 列表的最大长度为 2^32 - 1 (4,294,967,295) 个元素。

# 将列表视为队列（先进先出）：
> LPUSH user:1 101
(integer) 1
> RPOP user:1
"101"
 
# 将列表视为堆栈（先进后出）：
> LPUSH user:1 101
(integer) 1
> LPOP user:1
"101"
 
# 检查列表的长度：
> LLEN user:1
(integer) 0

​LPUSH添加一个新元素到列表的头部；RPUSH添加到尾巴。

LPOP从列表的头部移除并返回一个元素；RPOP做同样的事情，但从列表的尾部开始。

LLEN返回列表的长度。

LMOVE原子地将元素从一个列表移动到另一个列表。

LTRIM将列表减少到指定的元素范围。

4、集合（Sets）

Redis Set 是由字符串（成员）组成的无序集合。

可以使用 Redis set 来高效地：跟踪唯一项目（例如，跟踪访问给定博客文章的所有唯一 IP 地址）。表示关系（例如，具有给定角色的所有用户的集合）。执行常见的集合运算，例如交集、并集和差集。

Redis Set 的最大大小为 2^32 - 1 (4,294,967,295) 个成员。

存储用户 1
> SADD user:1
(integer) 1
 
# 获取用户 1
> SISMEMBER user:1:favorites 742
(integer) 1
 
# 用户 1 和 2 有没有共同的
> SINTER user:1 user:2
1) "561"
 
# 统计 user:1
> SCARD user:1
(integer) 3

​SADD将新成员添加到集合中。

SREM从集合中删除指定的成员。

SISMEMBER测试集合成员的字符串。

SINTER返回两个或多个集合共有的成员集合（即交集）。

SCARD返回集合的大小（又名基数）。

大多数集合操作，包括添加、删除和检查项是否为集合成员，都是O（1）。这意味着他们的效率很高。但是，对于具有数十万或更多成员的大型集合，在运行SMEMBERS命令时应谨慎。此命令为O（n），并在单个响应中返回整个集合。作为替代方案，考虑SSCAN，它允许迭代检索集合的所有成员。

5、有序集合（Sorted sets）

Redis Sorted sets是按关联分数排序的唯一字符串（成员）的集合。当多个字符串具有相同的分数时，这些字符串按字典顺序排列。

Sorted sets 的一些用例包括：排行榜。例如，可以使用 Sorted sets 轻松维护大型在线游戏中最高分数的有序列表。费率限制器。可以使用 Sorted sets 来构建滑动窗口速率限制器，以防止过多的API请求。

# 随着玩家分数的变化更新实时排行榜：
> ZADD leaderboard:455 100 user:1
(integer) 1
 
# 获取 user:1 的分数：
> ZRANGE leaderboard:455 0 2 REV WITHSCORES
1) "user:1"
2) "100"
 
# 返回用户1的排名，假设排序集按降序排列。
> ZREVRANK leaderboard:455 user:2
(integer) 0

ZADD将新成员和关联的分数添加到已排序的集合中。如果该成员已经存在，则更新分数。

ZRANGE返回在给定范围内排序的有序集合的成员。

ZRANK返回所提供成员的排名，假设排序是按升序排列。

ZREVRANK返回所提供成员的排名，假设 Sorted sets 按降序排列。

大多数有序集合操作的复杂度为 O(log(n))，其中n是成员数。ZRANGE运行具有较大返回值（例如，数万或更多）的命令时要小心。此命令的时间复杂度为 O(log(n) + m)，其中m是返回的结果数。Redis Sorted sets 有时用于索引其他 Redis 数据结构。如果需要索引和查询数据，请考虑RediSearch和RedisJSON。

6、流（Streams） 

Redis 5.0 引入了 Stream 数据结构。Redis 流是一种数据结构，其作用类似于仅附加日志。可以使用流实时记录和同时联合事件。

Redis 流用例示例包括：事件溯源（例如，跟踪用户操作、点击等）；传感器监控（例如，现场设备的读数）；通知（例如，将每个用户的通知记录存储在单独的流中）

Redis 为每个流条目生成一个唯一的 ID。可以使用这些 ID 稍后检索它们的关联条目，或者读取和处理流中的所有后续条目。

Redis 流支持多种修剪策略（以防止流无限制地增长）和不止一种消费策略（请参阅XREAD、XREADGROUP和XRANGE）。

7、位图（Bitmaps）

Bitmap 底层是 String 实现，赋值的每一个 bit 均对应 ASCII 码的二进制位。

Redis Bitmap  位图是字符串数据类型的扩展，可将字符串视为位向量。还可以对一个或多个字符串执行按位运算。

位图用例的一些示例包括：集合成员对应于整数 0-N 的情况的有效集合表示。对象权限，其中每一位代表一个特定的权限，类似于文件系统存储权限的方式。

8、位域（Bitfields）

Redis Bitfields 位域允许设置、递增和获取任意位长度的整数值。可以对从无符号 1 位整数到有符号 63 位整数的任何内容进行操作。

这些值使用二进制编码的 Redis 字符串存储。位域支持原子读、写和递增操作，使它们成为管理计数器和类似数值的不错选择。

9、地理空间索引（Geospatial indexes）

Redis Geospatial indexes 地理空间索引让您可以存储坐标并进行搜索。此数据结构可用于查找给定半径或边界框内的附近点。

10、HyperLogLog

HyperLogLog 底层也是 String 实现，与其说 HyperLogLog 是一种单独的数据类型，倒不如说是对 String 数据类型做 API 封装的应用程序。HyperLogLog 是一种估计集合基数的数据结构。作为一种概率数据结构，HyperLogLog 以完美的准确性换取高效的空间利用。

11、Bitmaps、Bitfields、Geospatial、HyperLogLog的底层

四、源码中的7种数据类型

源码内容中，define了7种类型：OBJ_ STRING 0、OBJ_ LIST 1、OBJ_ SET 2、OBJ_ ZSET 3、OBJ_ HASH 4、0BJ_ MODULE 5、OBJ_ STREAM 6。

这个0BJ_ MODULE，MODULE对象类型是一种特殊的类型，表示对象，由Redis模块直接管理。这其中就包括了 Bitmaps, Hyperloglogs, Geospatial indexes, Bitfields.

所以当回答的时候，建议先说10种，再说7种，并展开官网和源码中的注释进行回答。让面试官看到你的理解和你对基本逻辑的掌握更系统和专业。

总结

本文作为Redis的开篇，简单介绍Redis以及其数据类型、存储、事务、lua、集群等等特性，展开讲解Redis的10中数据类型，并给出源码中的7种数据类型的结构，

所以当回答的时候，建议先说10种，再说7种，并展开官网和源码中的注释进行回答。让面试官看到你的理解和你对基本逻辑的掌握更系统和专业。