redis通用命令以及数据结构之字符串

redis基本命令

  redis有5种数据结构，它们都是键值对中的值，对于键来说有一些通用的命令。

• 查看所有的键 keys *, keys * 命令会去遍历所有键，它的时间复杂度是O(n), 当redis保存了大量键时，很占cpu，线上环境禁止使用
• 键总数 dbsize ， dbsize命令不会去遍历所有的键，而是直接获取Redis内置的键总数变量，时间复杂度为O(1)
• 检查键是否存在 exists key ， 如果键存在则返回1，不存在返回0
• 删除键 del key1 key2 删除键，返回结果为成功删除键的个数，如果删除一个不存在的键，返回0
• 对键添加过期时间 expire key seconds， 当超过过期时间后，会自动删除键。ttl key命令返回键剩余过期时间，它有三种返回值，大于等于0的整数，表示键剩余的过期时间。-1表示 键没设置过期时间。-2 表示键不存在。
• 键的数据结构类型 type key。 type key命令实际返回的是当前键的数据结构类型，有string、hash、list、set、zset有序集合，但这些只是redis对外的数据结构，而每种数据结构都有自己底层的内部编码实现，这通过object encoding key命令查询。一种类型的数据结构可能对应着不同的内部编码，这样可以做到改进内部编码，而对外的数据结构和命令没有影响，多种内部编码实现可以在不同的场景下发挥各自的优势，redis可以根据不同场景切换内部实现。

redis单线程架构

 redis是使用单线程来处理命令的，所以一条命令从客户端到服务端是不会立刻被执行，所有命令都会进入到一个队列中，然后逐个被执行。通常来说，单线程处理能力要比多线程差，为啥redis使用单线程模型能够达到每秒万级别的处理能力？原因如下：

• 纯内存访问，redis将所有数据都放在内存，而内存的响应时间时长大约为100纳秒，这是redis访问如此快的重要基础。

• redis使用epoll作为io多路复用技术的实现，并且redis自身的事件处理模型将epoll中的连接、读写、关闭都转换为事件，不在网络io上浪费过多时间。

  
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• 单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗。

数据结构类型

字符串

• 字符串类型是redis最基础的数据结构，redis所有的key都是字符串类型，其他的几种数据结构都是在字符串类型基础上构建的。字符串类型的值可以是字符串、数字、二进制数据、但大小限制在512MB。
• 字符串常用命令：设置值 set key value ex px nx | xx，ex表示为键设置秒级过期时间，px表示为键设置毫秒级过期时间。nx表示键必须不存在，才能设置成功，用于添加。xx与nx相反，键必须存在才可以设置成功，用于更新。
• 除了set外，redis还提供了setex和setnx两个命令， setex key seconds value， setnx key value，其作用与ex和nx选项一样。
• 获取键的值： get key，若键不存在返回nil。批量设置值： mset key1 value1 key2 value2，批量获取值 mget key1 key2 key3。批量操作命令大大提高了开发效率，如果没有mget这样的命令，执行n次get命令要n次网络时间+n次命令时间。使用mget后，执行n次命令操作只需要1次网络时间+n次命令时间。
• incr命令用于对值做自增操作，如果值不是整数，返回错误； 值是整数就返回自增后的结果；键不存在，按照值为0自增，返回1。很多存储系统和编程语言实现计数功能常常使用消耗cpu的cas机制（比如java的AtomicInteger），但在redis中由于其单线程架构，完全不存在这种消耗。
• 一些不常见的命令。追加值： append key value， 想字符串尾部追加。求字符串长度 strlen key。 getset key value, 设置值同时返回原值。 get range key start end 获取部分字符串，start和end分别是开始和结束的偏移量。

setnx和setxx的使用场景

由于redis的单线程命令处理机制，如果有多个客户端同时执行setnx key value，根据setnx的特性只有一个客户端能够设置成功，这使得setnx可以作为分布式锁的一种实现方案。

字符串内部编码

 我们知道redis是使用对象来表示数据库中的键和值，每次我们向redis数据库中新创建一个键值对时，都会创建两个对象，键对象和值对象。而redis中的每个对象都由一个redisobject结构表示。

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type属性记录了对象对外的类型，为下图5种类型中的一种，encoding表示对象的底层编码。

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字符串类型的内存编码有三种，Redis会根据当前值的类型和长度决定使用哪种编码

1. int 8个字节的长整型
2. embstr 小于等于39字节的字符串
3. raw 大于39个字节的字符串

如果一个字符串对象保存的是整数值，并且这个整数值可以用long类型来表示，那么字符串对象会将整数值保存在字符串对象结构的ptr属性里面，也即将void*直接转换成long类型，并将字符串对象的编码设置为int。

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如果字符串对象保存的是一个字符串长度大于32字节的字符串值，redis将使用一个简单动态字符串（sds）来保存这个字符串值，并将对象的编码设置为raw。

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如果字符串对象保存的是一个字符串值，并且该字符串值的长度小于32字节，那么字符串对象将使用embstr编码方式保存这个字符串值。embstr编码是专门用于保存短字符串的一种优化编码方式，它和raw编码一样，也是使用redisobject和sdshdr结构来表示字符串对象。但raw编码创建字符串对象会调用两次内存分配函数来分别创建redisobject结构和sdshdr结构，而embstr编码只需要调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间，依次包含redisobject结构和sdshdr结构。这

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编码的转换

int编码的字符串和embstr编码的字符串在一定条件下会被转换为raw编码的字符串对象。
对于int编码的字符串对象，若我们对对象执行了一些命令使得这个对象保存的不再是整数值，而是一个字符串值，该字符串对象的编码将由int变成raw。

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对于embstr编码的字符串对象，redis并没有给其提供相应的修改接口，本质上embstr编码的字符串只是可读的，对其的任何修改命令redis都是先将其转化为raw，再执行修改命令。

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