前言
读书笔记系列主要记录自己看的书籍中的知识点，算是一个归纳整理吧。Redis在我们的日常开发中可以说是很常用了，《Redis开发与运维》 这本书讲解了Redis开发和运维的方方面面，很系统、全面，关键是实用。特来撸撸它，记录一番。全书分为14章，下面将记录个人认为每章中重要的知识点。
一、Redis初识
Redis是一种基于键值对（key-value）的NoSQL数据库，Redis中的值可以是由string(字符串)、hash(哈希)、list(列表)、set(集合)、zset(有序集合)、 Bitmaps(位图)、HyperLogLog、GEO(地理信息定位)等多种数据结构和算法构成，可以满足很多的应用场景。因为Redis会将所有数据都放在内存里，所以它的读写 性能非常好。Redis还可以将内存的数据利用快照和日志的形式保存到硬盘上，这样发生断电或者机器故障，内存中的数据就不会丢失。当然Redis还提供了其他很多附加功能。
1、Redis特性
(1)速度快
Redis的所有数据都是放在内存里的，这是速度快的最主要原因；
Redis是用C语言实现的，“距离”操作系统更近，执行速度相对会更快；
Redis采用单线程架构，预防了多线程可能产生的竞争问题；
(2)基于键值对的数据结构
Redis中的值不仅可以是字符串，还可以是具体的数据结构,方面在不同应用场景的开发。Redis主要提供五种数据结构：字符串、哈希、列表、集合、有序列表，并且在字符 串的基础上演变出来了位图(Bitmaps)和HyperLogLog俩种“数据结构”。Redis3.2版本加入了GEO(地理信息定位)的功能。
(3)丰富的功能
除了5种数据结构，还有其他额外的许多功能：
键过期功能，用来实现缓存；
发布订阅功能，用来实现消息系统；
Lua脚本功能，利用Lua脚本创造出新的Redis命令；
简单的事务功能，在一定程度上保证事务特性；
流水线(Pipeline)功能，客户端能将一批命令一次性传到Redis，减少网络开销。
(4)简单稳定
代码少，单线程，服务端、客户端处理简单，redis不依赖操作系统中的类库，自己实现了事件处理的相关功能。
(5)客户端语言多
redis提供了简单的TCP通信协议，很多编程语言可以很方便的接入到redis。
(6)持久化
redis提供了两种持久化方式：RDB和AOF。可以用这两种策略将内存的数据保存在硬盘中，保证了数据的可持久性。
(7)主从复制
redis提供了复制功能，实现了多个相同数据的redis副本，复制功能是分布式redis的基础。
(8)高可用和分布式
redis提供了高可用实现Redis Sentinel(哨兵)，能够保证redis节点的故障发现和故障自动转移。并且3.0版本提供了分布式实现Redis Cluster(集群), 这是redis真正的分布式实现，提供了高可用、读写和容量的扩展性。
2、Redis使用场景
缓存、排行榜系统、计数器应用（redis天然支持计数功能，且计数性能很好）、社交网络(粉丝、共同喜好、推送等，社交网站的访问量比较大，传统 的关系型数据库不太适合保存这种类型的数据，可用redis实现)、消息队列系统(消息队列具有业务解耦、非实时业务削峰等特性，redis可以满足一般 的消息队列功能，不过一般项目中还是使用专业的消息队列，更加强大)。
redis也有不适合它解决的问题场景，站在数据规模和数据冷热角度来分析的话：数据规模角度，数据可分为大规模数据和小规模数据，redis的数据是 放在内存里的，如果数据规模非常大，不适合使用redis存储；站在数据冷热角度，数据分为热数据和冷数据，热数据是指需要频繁操作的数据，如果将 冷数据放在redis中，浪费内存。
二、API的理解和使用
1、全局命令
(1)查看所有键：keys *
(2)键总数：dbsize
注意：dbsize命令在计算总数时候不会遍历所有键，而是直接获取redis内部的键总数变量，时间复杂度O(1)；而keys命令会遍历所有键，时间复杂度O(n)， 如果redis保存了大量键时，线上环境禁止使用。
(3)检查键是否存在(键存在返回1，不存在返回0)：exists key
(4)删除键(返回的结果是成功删除的个数，删除一个不存在的键，返回0)：del key [key …]
注意：del key表示删除一个，del key1 key2 key3表示删除3个
(5)键过期：expire key seconds
注意：redis支持对键添加过期时间，超过过期时间后，会自动删除键；ttl key 命令会返回键的剩余过期时间，返回值>=0表示键的剩余过期时间，返回值 -1表示键没有设置过期时间，返回值-2表示键不存在。
(6)键的数据结构类型：type key
注意：如果键是字符串类型，返回string，如果键是列表类型，返回list，其他几种类似。如果键不存在，返回none。
2、数据结构的内部编码
每种数据结构都有自己底层的内部编码实现，而且是多种实现，redis会在合适的场景选择合适的内部编码。比如zset包含skiplist和ziplist两种内部编码。 这样设计的好处是：可以改进内部编码，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场景下发挥各自的优势，比如ziplist比较节省内存， 但是在列表元素比较多的情况下，性能会有所下降，这个时候redis会根据配置选项将列表类型的内部实现转换为linkedlist。
3、单线程架构
redis使用单线程架构和I/O多路复用模型来实现高性能的内存数据库服务。一条命令从客户端达到服务端不会立刻执行，所有命令都会进入到一个队列中， 然后逐个被执行。不会有两条命令被同时执行。redis使用了I/O多路复用技术来解决I/O的问题。
redis使用单线程模式那么快的原因：纯内存访问，这个最重要；非阻塞I/O，redis使用epoll作为I/O多路复用技术的实现，并且redis加上自身的事件处理 模型将epoll中的连接、读写、关闭都转换为事件，不在网络I/O上浪费过多的时间；单线程避免了线程切换和竞争产生的消耗。
注意：单线程会有一个问题，对于每个命令的执行时间是有要求的，如果执行时间过长，会造成其他命令的阻塞，对于redis来说是致命的，所以redis是面向 快速执行场景的数据库。
4、字符串
| (1)设置值：set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx | xx] |
注意：nx 键必须不存在，才可以设置成功，用于添加； xx 键必须存在，才可以设置成功，用于更新
(2)获取值：get key
批量设置值：mset key value [key value …]
批量获取值：mget key [key …]
注意：批量操作可以减少网络时间（n次网络时间+n次命令时间 —> 1次网络时间+n次命令时间），但是每次批量操作所发送的命令不是无节制的，如果 数量过多可能造成redis阻塞或者网络阻塞。
(3)计数：incr key
incr命令用于对值做自增操作，如果值不是整数，返回错误；如果值是整数，返回自增后的结果；如果键不存在，按照值为0自增，返回结果1。
很多存储系统和编程语言内部使用CAS机制实现计数功能，会有一定的CPU开销，但redis中不存在这个问题，因为redis单线程架构，任何命令到了redis 服务端都要顺序执行。
(4)内部编码(redis会根据当前值的类型和长度决定使用哪种内部编码实现)
int(8个字节的长整形) embstr(小于等于39个字节的字符串) raw(大于39个字节的字符串)
(5)典型应用场景
缓存功能、计数、共享session、限速
5、哈希
(1)设置值
hset key field value
(2)获取值
hget key field
(3)批量设置或获取field-value
hmget key field [field …] hmset key field value [field value …]
(4)内部编码(ziplist、hashtable)
当哈希类型的field个数小于512，并且所有的value小于64字节，使用ziplist作为哈希的内部实现，否则使用hashtable。512和64是默认的，可以配置。
(5)应用场景
比如：用户信息
6、列表
列表是用来存储多个有序的字符串，可以对列表两端插入和弹出。列表类型有两个特点：(1)列表中的元素是有序的；(2)列表中的元素可以是重复的。
(1)从右端插入、从左端插入
rpush key value [value …] lpush key value [value …]
lrange 0 -1 表示从左到右获取列表的所有元素
(2)内部编码(ziplist、linkedlist、quicklist)
当列表的元素个数小于512个，并且列表的每个元素值都小于64字节，redis会选用ziplist来作为列表的内部实现，否则选用linkedlist。Redis3.2版本 提供了quicklist内部编码，它是以一个ziplist为节点的linkedlist，结合了ziplist和linkedlist两者的优势。
(3)使用场景
例如：消息队列、文章列表
7、集合
集合中不允许有重复元素，并且集合中的元素是无序的。
(1)添加元素
sadd key elements [elements …]
(2)删除元素
srem key elements [elements …]
(3)内部编码(intset、hashtable)
当集合中的元素都是整数且元素个数小于512(默认值，可配置)，redis选用intset作为集合内部实现，否则选用hashtable。
(4)使用场景
标签、社交等，比如一个用户对可乐、体育感兴趣，另一个用户对历史、新闻感兴趣，这些兴趣点就是标签。
8、有序集合
不能有重复成员，元素可以排序，每个元素设置一个分数(score)作为排序的依据。有序集合的元素不能重复，但是分数可以重复。
(1)添加成员
zadd key score member [score member …]
(2)内部编码(ziplist、skiplist)
当有序集合的元素个数小于128个，并且每个元素的值都小于64字节，Redis使用ziplist作为有序集合的内部实现。否则使用skiplist。
(3)使用场景
排行榜系统
9、健管理
(1)单个健管理
返回键类型、键重命名、键过期、迁移键等。
注意：迁移键有三种方式：move、dump+restore、migrate。move命令用于redis内部进行数据迁移，从一个数据库迁移到另一个数据库， 不建议生产环境使用redis多数据库功能；dump+restore可以实现在不同redis实例之间进行数据迁移，分为dump和restore两步，其中 在源redis上dump会将键值序列化，采用RDB格式，在目标redis上，restore会将上面序列化的值复原；migrate命令用于redis实例之间 进行数据迁移，实际上migrate是将dump、restore、del三个命令进行了整合。migrate命令的数据传输直接在源redis和目标redis上完成。
move命令作用于redis实例内部，是原子性的，不支持多个键；dump+restore作用于redis实例之间，不是原子性，不支持多个键；migrate 作用于redis实例之间，是原子性的，支持多个键。
(2)遍历键(keys和scan)
keys会全量遍历所有键，可能造成redis阻塞。scan可以想象成只扫描字典中的一部分键，直到将字典中的所有键遍历完毕。scan可以有效解决 keys命令可能产生的阻塞问题，但是scan的过程中，如果有键的变化(增加、删除、修改)，就可能新键没有遍历到或者遍历了重复的健。所以scan 不能保证完整的遍历出来所有的健。
(3)数据库管理
select dbIndex 切换数据库
flushdb/flushall 清除数据库，flushdb只清除当前数据库，flushall清除所有数据库。