1、Redis特性與優點

• 速度快。redis所有資料都存放於記憶體；是用C語言實現，更加貼近硬體；使用了單執行緒架構，避免了多執行緒競爭問題。Redis使用了單執行緒架構和IO多路複用模型（epoll作為多路複用技術的實現，非阻塞IO）來實現。每次客戶端的請求都會經過傳送命令、執行命令、返回結果三個階段。所有客戶端命令都會放入到同一個佇列中，然後逐個被執行。單執行緒避免了執行緒切換和競態產生的消耗
• 基於鍵值對的資料結構，支援的資料結構豐富。它主要提供了5種資料結構： 字串、 雜湊、 列表、 集合、 有序集合， 同時在字串的基礎之上演變出了點陣圖（Bitmaps） 和HyperLogLog兩種神奇的“資料結構”， 並且隨著LBS（Location Based Service， 基於位置服務） 的不斷髮展， Redis3.2版本中加入有關GEO（地理資訊定位）
  的功能。每種資料結構都有底層的內部編碼實現，而且是多種實現，redis會在合適的場景下選擇合適的內部編碼。
• 功能豐富。鍵過期功能，用來實現快取；提供了釋出訂閱功能，實現訊息系統；支援Lua指令碼；提供簡單的事務功能；提供了Pipeline，一次性將一批命令傳給redis伺服器，減小了網路開銷
• 簡單，穩定。原始碼少，3.0版本原始碼只有5w行左右
• 客戶端語言多。
• 持久化。兩種持久化方式： RDB和AOF
• 主從複製。複製功能是分散式Redis的基礎

• 高可用和分散式。2.8版本提供了高可用實現Redis Sentinel， 它能夠保證Redis節點的故障發現和故障自動轉移。 Redis從3.0版本正式提供了分散式實現Redis Cluster

  ， 它是Redis真正的分散式實現， 提供了高用、 讀寫和容量的擴充套件性。

2、Redis啟動與關閉

• 服務端啟動。配置檔案啟動，redis-server  /opt/redis/redis.conf
• 客戶端啟動。redis-cli -h 127.0.0.1  -p 6379
• 停止redis服務。redis-cli shutdown nosave|save  關閉過程：斷開與客戶端的連線；持久化檔案生成。不建議kill -9 暴力殺程序，極端下會造成丟失資料的情況

3、Redis的常用API

• 檢視所有鍵。【keys *】會遍歷所有鍵，禁用
• 鍵總數。【dbsize】不會遍歷所有鍵，直接獲取redis內建的鍵總數
• 檢查鍵是否存在。【exists key】存在返回1，不存在返回0
• 刪除鍵。【del key】返回結果為成功刪除的鍵的個數
• 設定鍵過期。【expire key seconds】秒級別；【expireat key timestamp 】秒級時間戳；【pexpire key milliseconds】毫秒級過期 ；【pexpireat key milliseconds-timestamp 】毫秒級時間戳
• 檢查鍵過期。【ttl key】返回鍵的剩餘過期時間，秒級；【pttl key】毫秒級；-1，鍵沒設定過期時間；-2 鍵不存在；
• 清除過期時間。【persist】；對於字串型別鍵，執行set命令也會去掉過期時間；setex命令作為set+expire的組合， 不但是原子執行， 同時減少了一次網路通訊的時間
• 檢視鍵的型別。【type key】鍵不存在，返回none
• 鍵重新命名。rename key newkey。如果在rename newkey之前，newkey已經存在，newkey的值會被覆蓋。防止被覆蓋，提供了renamenx命令。重新命名期間會刪除原來的key，如果key對應的值過大，存在阻塞redis的可能。
• 隨機返回一個鍵。randomkey。

4、Redis的字串

內部編碼，有三種

• int。8個位元組的長整型
• embstr。小於等於39個位元組的字串
• raw。大於39個位元組的字串

應用場景

• 快取
• 計數
• 共享session
• 限速。每個使用者的請求頻率，每個ip的請求頻率

命令

• 設定值。set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx|xx]。其中setnx可以作為分散式鎖的實現
• 獲取值。 get key。不存在返回 nil（空）
• 批量設定值，mset key value [key value ...] ；批量獲取值，mget key [key ...] 。一次請求的網路時間大於命令處理時間。學會使用批量操作，能減少大量的網路消耗。提高業務處理效率。但是一次批量操作過多，有可能導致Redis阻塞或者網路擁堵
• 計數。incr、decr、incrby、decrby、incrbyfloat。很多其他的語言和儲存系統通過cas實現計數，會有一定的cpu開銷。redis單執行緒模型，完全不存在這個問題。
• 追加值。append key value。
• 字串長度。strlen key。每個中文佔用三個位元組，也就是三個長度。
• 設定並返回原值。getset key value
• 設定指定位置的字元。setrange key offset value
• 獲取部分字串。getrange key start end。時間複雜度O（n）

5、Redis的HASH結構

內部編碼

• ziplist（壓縮列表）。當雜湊型別元素個數小於hash-max-ziplist-entries
  配置（預設512個） 、 同時所有值都小於hash-max-ziplist-value配置（預設64
  位元組） 時， Redis會使用ziplist作為雜湊的內部實現， ziplist使用更加緊湊的
  結構實現多個元素的連續儲存， 所以在節省記憶體方面比hashtable更加優秀 
• hashtable（雜湊表）。當雜湊型別無法滿足ziplist的條件時，Redis會使用hashtable作為雜湊的內部實現

命令

• 設定field值。hset key field value。hsetnx，和setnx作用相同，只不過作用域由鍵變為field
• 獲取field值。hget key field。如果field不存在，返回nil
• 刪除field。hdel key field [field ...] 
• 計算field個數。hlen key
• 批量設定和獲取field-value。hmget key field [field ...] ；hmset key field value [field value ...] 。
• 判斷field是否存在。hexists key field。存在返回1，不存在返回0
• 獲取所有field。hkeys key
• 獲取所有value。hvals key
• 獲取所有field-value。hgetall key。如果獲取的元素比較多，可能會阻塞Redis。
• hincrby key field；hincrbyfloat key field 
• 計算value的字串長度。hstrlen key field

7、Redis的列表結構

列表中的每個字串稱為元素（element），一個列表最多儲存2^32-1個元素。可以充當棧和佇列，比較靈活。列表中的元素是有序的且可重複的，可以通過下標獲取某個元素

內部編碼

• ziplist（壓縮列表）。當列表的元素個數小於list-max-ziplist-entries配置（預設512個），同時列表中每個元素的值都小於list-max-ziplist-value配置時（預設64位元組），Redis會選用ziplist來作為列表的內部實現來減少記憶體的使用
• linkedlist（連結串列）：當列表型別無法滿足ziplist的條件時， Redis會使用linkedlist作為列表的內部實現。
• Redis3.2版本提供了quicklist內部編碼，簡單地說它是以一個ziplist為節點的linkedlist，它結合了ziplist和linkedlist兩者的優勢，為列表型別提供了一種更為優秀的內部編碼實現

應用場景

• 訊息佇列。Redis的lpush+brpop命令組合即可實現阻塞佇列， 生產者客戶端使用lrpush從列表左側插入元素， 多個消費者客戶端使用brpop命令阻塞式的“搶”列表尾部的元素， 多個客戶端保證了消費的負載均衡和高可用性。
• 文章列表。雜湊儲存每篇文章的詳細資訊。列表儲存每個人的文章列表。支援分頁獲取，如果列表較大，獲取列表中間元素的效能會變差，可以使用redis3.2版本的quicklist內部編碼實現。
• lpush+lpop=Stack（棧） ；lpush+rpop=Queue（佇列） ；lpush+brpop=Message Queue（訊息佇列，阻塞佇列）； lpush+ltrim=Capped Collection（有限集合） 

命令

• 新增操作。從右邊插入資料 rpush key value [value ...]；從左邊插入資料  lpush key value [value ...]；向某個元素前或後插入資料 linsert key before|after pivot value
• 查詢。獲取指定範圍的元素列表 lrange key start end（包含end）；獲取指定下標的元素 lindex key index（-1為最後一個元素）；獲取列表長度 llen key
• 刪除。從左側彈出元素 lpop key；從右側彈出元素 rpop key；刪除指定元素 lrem key count value（count>0 從左到右，刪除最多count個元素；count<0 從右到左；count=0，刪除所有）；按照索引範圍修剪列表 ltrim key start end
• 修改。修改執行索引下標的元素 lset key index newValue；
• 阻塞操作。blpop key [key ...] timeout ；brpop key [key ...] timeout 。需要注意兩點：第一點，如果blpop多個key，一旦有一個鍵能彈出元素，立刻給客戶端返回；第二點，如果多個客戶端對同一個key執行blpop，那麼最先執行blpop的客戶端可以獲取到彈出的值。

8、Redis的Set

不允許有重複元素，無序，不能通過索引下標獲取元素。一個集合最多可以儲存2^32-1個元素。支援集合內的增刪改查，集合的交集、並集、差集。

內部編碼

• intset（整數集合） ： 當集合中的元素都是整數且元素個數小於set-maxintset-entries配置（預設512個）時， Redis會選用intset來作為集合的內部實現，從而減少記憶體的使用。
• hashtable（雜湊表） ： 當集合型別無法滿足intset的條件時， Redis會使用hashtable作為集合的內部實現。

使用場景

• 標籤（tag）。使用sinter命令計算使用者的共同興趣。
• 生成隨機數，抽獎

命令。集合內操作。

• 新增元素。sadd key element [element ...]
• 刪除元素。srem key element [element ...] 
• 計算元素個數。scard key 。時間複雜度O（1），不會遍歷集合。
• 判斷元素是否在集合中。sismember key element 。在集合內返回1，不在返回0
• 隨機從集合中返回指定個數元素。srandmember key [count] 
• 從集合隨機彈出指定個數的元素。spop key  [count] 
• 獲取所有元素。smembers key 。如果元素過多，存在阻塞redis的可能。可以用sscan來完成。

（2）命令，集合間操作。

• 求多個集合的交集。sinter key [key ...] 
• 求多個集合的並集。suinon key [key ...] 
• 求多個集合的差集。sdiff key [key ...] 
• 將集合操作的結果儲存。sinterstore/suionstore/sdiffstore  destination key [key ...] 

9、Redis的有序set

內部編碼

• ziplist（壓縮列表） ： 當有序集合的元素個數小於zset-max-ziplistentries配置（預設128個） ， 同時每個元素的值都小於zset-max-ziplist-value配置（預設64位元組） 時， Redis會用ziplist來作為有序集合的內部實現， ziplist
  可以有效減少記憶體的使用 
• skiplist（跳躍表） ： 當ziplist條件不滿足時， 有序集合會使用skiplist作為內部實現， 因為此時ziplist的讀寫效率會下降。

使用場景

• 排行榜

命令。集合內的命令。

• 新增成員。zadd key score member [score member ...] 

  ·Redis3.2為zadd命令添加了nx、 xx、 ch、 incr四個選項：
  ·nx： member必須不存在， 才可以設定成功， 用於新增。
  ·xx： member必須存在， 才可以設定成功， 用於更新。
  ·ch： 返回此次操作後， 有序集合元素和分數發生變化的個數
  ·incr： 對score做增加， 相當於後面介紹的zincrby。

• 計算成員個數。zcard key 
• 計算某個成員的分數。zscore key member 
• 計算成員排名。zrank key member （分數由低到高）；zrevrank key member （分數由高到低）
• 刪除成員。zrem key member [member ...] 
• 增加成員分數。zincrby key increment member 
• 返回指定排名範圍的成員。zrange key start end [withscores] （排名由低到高）；zrevrange key start end [withscores] （排名由高到低）
• 返回指定分數範圍的成員。zrangebyscore key min max [withscores] [limit offset count] 。其中zrangebyscore按照分數從低到高返回， zrevrangebyscore反之。 例如
  下面操作從低到高返回200到221分的成員， withscores選項會同時返回每個
  成員的分數。 [limit offset count]選項可以限制輸出的起始位置和個數 。同時min和max還支援開區間（小括號） 和閉區間（中括號） ， -inf和
  +inf分別代表無限小和無限大。
• 返回指定分數範圍成員個數。zcount key min max 
• 刪除指定排名內的升序元素。zremrangebyrank key start end 
• 刪除指定分數範圍的成員。zremrangebyscore key min max 

命令，集合間的操作

• 交集。zinterstore destination numkeys key [key ...] [weights weight [weight ...]][aggregate sum|min|max]
• destination： 交集計算結果儲存到這個鍵。
  ·numkeys： 需要做交集計算鍵的個數。
  ·key[key...]： 需要做交集計算的鍵。 
  weights weight[weight...]： 每個鍵的權重， 在做交集計算時， 每個鍵中
  的每個member會將自己分數乘以這個權重， 每個鍵的權重預設是1。
  ·aggregate sum|min|max： 計算成員交集後， 分值可以按照sum（和） 、
  min（最小值） 、 max（最大值） 做彙總， 預設值是sum 
• 並集。zunionstore destination numkeys key [key ...] [weights weight [weight ...]][aggregate sum|min|max] 。

10、Redis 的Bitmaps

（1）概述。Bitmaps本身的資料結構就是字串，支援對字串的位進行操作。

（2）每個獨立使用者是否訪問過網站存放在Bitmaps中，將訪問的使用者記做1，沒有訪問的使用者記做0，用偏移量作為使用者的id

• 設定值。setbit key offset value 。初始化的時候，如果偏移量非常大，整個初始化過程會非常慢，可能會造成redis阻塞。
• 獲取值。gitbit key offset 。返回0說明沒有訪問過
• 獲取Bitmaps指定範圍值為1的個數 。bitcount [start][end] 。
• Bitmaps間的運算 。bitop op destkey key[key....] 。做多個Bitmaps的and（交集） 、 or（並集） 、 not（非） 、 xor（異或） 操作並將結果儲存在destkey中
• 計算Bitmaps中第一個值為targetBit的偏移量。bitpos key targetBit [start] [end]

（3）Bitmaps分析

   假設網站有1億使用者， 每天獨立訪問的使用者有5千萬， 如果每天用集合型別和Bitmaps分別儲存活躍使用者。
   集合型別記憶體量：64位*50000000=400M。
   Bitmaps記憶體量：1位*50000000=12.5M。

11、Redis 的HyperLogLog

• Redis中hyperloglog是用來做基數統計的，其優點是：在輸入元素的數量或者體積非常非常大的時候，計算基數所需的空間總是固定的，並且是很小的。在Redis裡面，每個Hyperloglog鍵只需要12Kb的大小就能計算接近2^64個不同元素的基數，但是hyperloglog只會根據輸入元素來計算基數，而不會儲存元素本身，所以不能像集合那樣返回各個元素本身
• pfadd key element [element …]。新增操作。如果新增成功返回1
• pfcount key [key …]。求一個或多個key的基數，計算獨立使用者數
• pfmerge destkey sourcekey [sourcekey ...]。合併。pfmerge可以求出多個HyperLogLog的並集並賦值給destkey
• HyperLogLog記憶體佔用量小得驚人， 但是用如此小空間來估算如此巨大的資料， 必然不是100%的正確， 其中一定存在誤差率。 Redis官方給出的數字是0.81%的失誤率

12、GEO

• 增加地理位置資訊。geoadd key longitude latitude member [longitude latitude member ...]。longitude、 latitude、 member分別是該地理位置的經度、 緯度、 成員。新增和更新都是用此命令，可以同時新增多個地理位置資訊。
• 獲取地理位置資訊。geopos key member [member ...]
• 獲取兩個地址位置的距離。geodist key member1 member2 [unit]。unit代表返回結果的單位，m（meters） 代表米、km（kilometers） 代表公里、mi（miles） 代表英里、ft（feet） 代表尺

• 獲取指定位置範圍內的地理資訊位置集合。georadius key longitude latitude/georadiusbymember key member radiusm|km|ft|mi [withcoord] [withdist][withhash] [COUNT count] [asc|desc] [store key] [storedist key]
  都是以一個地理位置為中心算出指定半徑內的其他地理資訊位置

• 獲取geohash。geohash key member [member ...]。Redis使用geohash將二維經緯度轉換為一維字串。
  GEO的資料型別為zset， Redis將所有地理位置資訊的geohash存放在zset中字串越長， 表示的位置更精確， 例如geohash長度為9時， 精度在2米左右兩個字串越相似， 它們之間的距離越近， Redis利用字串字首匹配演算法實現相關的命令
  geohash編碼和經緯度是可以相互轉換的

• 刪除地理位置資訊。zrem key member。GEO沒有提供刪除成員的命令， 但是因為GEO的底層實現是zset， 所以可以借用zrem命令實現對地理位置資訊的刪除。