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NOSQL技术(redis原理)

NOSQL技术(redis原理)

作者: LittleTrue | 来源:发表于2018-10-17 23:33 被阅读0次

类型和操作参考
redis是一个key-value存储系统.和Memcached类似,Redis将大部分数据存储在内存中,因为是纯内存操作,Redis的性能非常出色,每秒可以处理超过 10万次读写操作,redis利用队列技术将并发访问变为串行访问,消除了传统数据库串行控制的开销, 所以redis是单进程单线程的, 它支持存储的value类型相对更多最为常用的数据类型主要有五种:String、Hash、List、Set和Sorted Set。

图片.png
Redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value。

redisObject最主要的信息如图所示:
* type代表一个value对象具体是何种数据类型
* encoding是不同数据类型在redis内部的存储方式,比如:type=string代表value存储的是一个普通字符串,那么对应的encoding可以是raw或者是int,如果是int则代表实际redis内部是按数值型类存储和表示这个字符串的,当然前提是这个字符串本身可以用数值表示,比如:"123" "456"这样的字符串。

  • 指向存放数据的内存地址
  • vm字段,只有打开了Redis的虚拟内存功能,此字段才会真正的分配内存,该功能默认是关闭状态的。

redis的string

与String相关的常用命令:

  • SET:为一个key设置value,可以配合EX/PX参数指定key的有效期,通过NX/XX参数针对 key是否存在的情况进行区别操作,时间复杂度O(1)
  • GET:获取某个key对应的value,时间复杂度O(1)
  • GETSET:为一个key设置value,并返回该key的原value,时间复杂度O(1)
  • MSET:为多个key设置value,时间复杂度O(N)
  • MSETNX:同MSET,如果指定的key中有任意一个已存在,则不进行任何操作,时间复杂度O(N)
  • MGET:获取多个key对应的value,时间复杂度O(N)

Redis的基本数据类型只有String,但Redis可以把String作为整型或浮点型数字来使用,主要体现在INCR、DECR类的命令上:

INCR:将key对应的value值自增1,并返回自增后的值。只对可以转换为整型的String数据起作用。时间复杂度O(1)
INCRBY:将key对应的value值自增指定的整型数值,并返回自增后的值。只对可以转换为整型的String数据起作用。时间复杂度O(1)
DECR/DECRBY:同INCR/INCRBY,自增改为自减。
使用String的特殊方法进行库存控制

在高并发场景下实现库存余量的精准校验,确保不出现超卖的情况。

设置库存总量:

SET inv:remain "100"
库存扣减+余量校验:

DECR inv:remain
当DECR命令返回值大于等于0时,说明库存余量校验通过,如果返回小于0的值,则说明库存已耗尽。

假设同时有300个并发请求进行库存扣减,Redis能够确保这300个请求分别得到99到-200的返回值,每个请求得到的返回值都是唯一的,绝对不会找出现两个请求得到一样的返回值的情况。


List

Redis的List是链表型的数据结构,可以使用LPUSH/RPUSH/LPOP/RPOP等命令在List的两端执行插入元素和弹出元素的操作。虽然List也支持在特定index上插入和读取元素的功能,但其时间复杂度较高(O(N)),应小心使用。

  • LPUSH:向指定List的左侧(即头部)插入1个或多个元素,返回插入后的List长度。时间复杂度O(N),N为插入元素的数量
  • RPUSH:同LPUSH,向指定List的右侧(即尾部)插入1或多个元素
  • LPOP:从指定List的左侧(即头部)移除一个元素并返回,时间复杂度O(1)
  • RPOP:同LPOP,从指定List的右侧(即尾部)移除1个元素并返回
  • LPUSHX/RPUSHX:与LPUSH/RPUSH类似,区别在于,LPUSHX/RPUSHX操作的key如果不存在,则不会进行任何操作
  • LLEN:返回指定List的长度,时间复杂度O(1)
  • LRANGE:返回指定List中指定范围的元素(双端包含,即LRANGE key 0 10会返回11个元素),时间复杂度O(N)。应尽可能控制一次获取的元素数量,一次获取过大范围的List元素会导致延迟,同时对长度不可预知的List,避免使用LRANGE key 0 -1这样的完整遍历操作。

Set

与Set相关的常用命令:

  • SADD:向指定Set中添加1个或多个member,如果指定Set不存在,会自动创建一个。时间复杂度O(N),N为添加的member个数
  • SREM:从指定Set中移除1个或多个member,时间复杂度O(N),N为移除的member个数
  • SRANDMEMBER:从指定Set中随机返回1个或多个member,时间复杂度O(N),N为返回的member个数
  • SPOP:从指定Set中随机移除并返回count个member,时间复杂度O(N),N为移除的member个数
  • SCARD:返回指定Set中的member个数,时间复杂度O(1)
  • SISMEMBER:判断指定的value是否存在于指定Set中,时间复杂度O(1)
  • SMOVE:将指定member从一个Set移至另一个Set

Hash

Hash即哈希表,Redis的Hash和传统的哈希表一样,是一种field-value型的数据结构,可以理解成将HashMap搬入Redis。
Hash非常适合用于表现对象类型的数据,用Hash中操作中第二个参数field对应对象的field即可。除了hash存储对象, 还可以将对象序列化为json数据存入string,这样就能操作整个对象
Hash中存储对象单个或多个field参考

  • HSET(key field value ):将key对应的Hash中的field设置为value。如果该Hash不存在,会自动创建一个。时间复杂度O(1)
  • HGET:返回指定Hash中field字段的值,时间复杂度O(1)
  • HMSET/HMGET(key field value fied2 value2 .....):同HSET和HGET,可以批量操作同一个key下的多个field,时间复杂度:O(N),N为一次操作的field数量
  • HSETNX:同HSET,但如field已经存在,HSETNX不会进行任何操作,时间复杂度O(1)
  • HEXISTS:判断指定Hash中field是否存在,存在返回1,不存在返回0,时间复杂度O(1)
  • HDEL:删除指定Hash中的field(1个或多个),时间复杂度:O(N),N为操作的field数量
  • HINCRBY:同INCRBY命令,对指定Hash中的一个field进行INCRBY,时间复杂度O(1)

过期和删除:

Redis 有四个命令可以设置键的生存时间(可以存活多久)和过期时间(什么时候到期):
EXPIRE 以秒为单位设置键的生存时间;
PEXPIRE 以毫秒为单位设置键的生存时间;
EXPIREAT 以秒为单位,设置键的过期 UNIX 时间戳;
PEXPIREAT 以毫秒为单位,设置键的过期 UNIX 时间戳。

惰性清除:
放任键空间的键不管,每次查询KEY的时候先去校验KEY是否过期,过期则删除,不过期则正常返回相应的VALUE。
此种操作对CPU最友好,这种策略仅限于当前KEY,相关不必要的KEY不会造成CPU负载
缺点是:容易造成内存空间浪费,特别是当系统中存在大量过期KEY且很少被用到,这十分影响非常依赖于内存大小Redis的性能

定期删除:
由定时脚本cron定时对expires的键扫描判断是否有过期的KEY存在,如存在,将其删除掉。
这是一种折中方案,既不会过多消耗CPU,又可以定时清楚惰性删除忽略到的不必要的内存消耗

Redis采用的“惰性清除”和“定期清楚”相结合的方式,其中定期删除模式是在规定的时间限制内,尽 可能地遍历各个数据库的 expires 字典,随机地检查一部分键的过期时间,并删除其中的过期键。

Redis的持久化

Redis虽然是基于内存的存储系统,但是它本身是支持内存数据持久化的,而且提供两种主要的持久化策略:RDB快照和AOF日志。

  • RDB快照:Redis支持将当前数据的快照存成一个数据文件的持久化机制。

  • AOF日志:AOF日志的全称是append only file,从名字上我们就能看出来,它是一个追加写入的日志文件。 一般数据库的binlog不同的是,AOF文件是可识别的纯文本,它的内容就是一个个的Redis标准命令。
    AOF文件会越来越大,所以Redis又提供了一个功能,叫做AOF rewrite。其功能就是重新生成一份AOF文件,新的AOF文件中一条记录的操作只会有一次,


redis相比memcached有哪些优势?

(1) memcached所有的值均是简单的字符串,redis作为其替代者,支持更为丰富的数据类型

(2) redis的速度比memcached快很多

(3) redis可以持久化其数据

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