Java中的redis介绍以及运用场景_java redis

目标:了解redis并能学会在实际项目中怎么用redis

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前言

NoSQL的全称是Not-Only SQL，指的是非关系型数据库，它是关系型数据库的补充，没有表与表之间的关系，主要用于海量数据的处理问题。

Redis 是 C 语言开发的一个开源的（遵从 BSD 协议）高性能非关系型（NoSQL）的（key-value）键值对数据库。可以用作数据库、缓存、消息中间件等。

一、Reids基础(安装、基本的数据结构以及数据结构的使用)

• Redis入门

• Redis数据类型

• Redis常用命令

• 在Java中操作Redis

1. Redis入门

1.1 Redis简介

Redis is an open source (BSD licensed), in-memory data structure store, used as a database, cache, and message broker. 翻译为：Redis是一个开源的内存中的数据结构存储系统，它可以用作：数据库、缓存和消息中间件。

官网：https://redis.io

Redis是用C语言开发的一个开源的高性能键值对(key-value)数据库，官方提供的数据是可以达到100000+的QPS（每秒内查询次数）。它存储的value类型比较丰富，也被称为结构化的NoSql数据库。

NoSql（Not Only SQL），不仅仅是SQL，泛指非关系型数据库。NoSql数据库并不是要取代关系型数据库，而是关系型数据库的补充。

关系型数据库(RDBMS)：

• Mysql

• Oracle

• DB2

• SQLServer

非关系型数据库(NoSql)：

• Redis

• Mongo db

• MemCached

1.2 Redis下载与安装

1.2.1 Redis下载

Redis安装包分为windows版和Linux版：

• Windows版下载地址：Releases · microsoftarchive/redis · GitHub

• Linux版下载地址： Index of /releases/

下载后得到下面安装包：

1.2.2 Redis安装

1）在Linux中安装Redis

在Linux系统安装Redis步骤：

1. 将Redis安装包上传到Linux

2. 解压安装包，命令：==tar -zxvf redis-4.0.0.tar.gz -C /usr/local==

3. 安装Redis的依赖环境gcc，命令：==yum install gcc-c++==

4. 进入/usr/local/redis-4.0.0，进行编译，命令：==make==

5. 进入redis的src目录进行安装，命令：==make install==

安装后重点文件说明：

/usr/local/redis-4.0.0/src/redis-server：Redis服务启动脚本

/usr/local/redis-4.0.0/src/redis-cli：Redis客户端脚本

/usr/local/redis-4.0.0/redis.conf：Redis配置文件

2）在Windows中安装Redis

Redis的Windows版属于绿色软件，直接解压即可使用，解压后目录结构如下：

1.3 Redis服务启动与停止

1）Linux系统中启动和停止Redis

执行Redis服务启动脚本文件==redis-server==：

通过启动日志可以看到，Redis默认端口号为==6379==。

==Ctrl + C==停止Redis服务

通过==redis-cli==可以连接到本地的Redis服务，默认情况下不需要认证即可连接成功。

退出客户端可以输入==exit==或者==quit==命令。

2）Windows系统中启动和停止Redis

Windows系统中启动Redis，直接双击redis-server.exe即可启动Redis服务，redis服务默认端口号为6379

==Ctrl + C==停止Redis服务

双击==redis-cli.exe==即可启动Redis客户端，默认连接的是本地的Redis服务，而且不需要认证即可连接成功。

退出客户端可以输入==exit==或者==quit==命令。

1.4 Redis配置文件

前面我们已经启动了Redis服务，默认情况下Redis启动后是在前台运行，而且客户端不需要密码就可以连接到Redis服务。如果我们希望Redis服务启动后是在后台运行，同时希望客户端认证通过后才能连接到Redis服务，应该如果做呢？

此时就需要修改Redis的配置文件：

• Linux系统中Redis配置文件：REDIS_HOME/redis.conf

• Windows系统中Redis配置文件：REDIS_HOME/redis.windows.conf

通过修改Redis配置文件可以进行如下配置：

1）设置Redis服务后台运行

将配置文件中的==daemonize==配置项改为yes，默认值为no。

注意：Windows版的Redis不支持后台运行。

2）设置Redis服务密码

将配置文件中的 ==# requirepass foobared== 配置项取消注释，默认为注释状态。foobared为密码，可以根据情况自己指定。

3）设置允许客户端远程连接Redis服务

Redis服务默认只能客户端本地连接，不允许客户端远程连接。将配置文件中的 ==bind 127.0.0.1== 配置项注释掉。

解释说明：

Redis配置文件中 ==#== 表示注释

Redis配置文件中的配置项前面不能有空格，需要顶格写

daemonize：用来指定redis是否要用守护线程的方式启动，设置成yes时，代表开启守护进程模式。在该模式下，redis会在后台运行

requirepass：设置Redis的连接密码

bind：如果指定了bind，则说明只允许来自指定网卡的Redis请求。如果没有指定，就说明可以接受来自任意一个网卡的Redis请求。

注意：修改配置文件后需要重启Redis服务配置才能生效，并且启动Redis服务时需要显示的指定配置文件：

1）Linux中启动Redis服务

# 进入Redis安装目录
cd /usr/local/redis-4.0.0
# 启动Redis服务，指定使用的配置文件
./src/redis-server ./redis.conf

2）Windows中启动Redis服务

由于Redis配置文件中开启了认证校验，即客户端连接时需要提供密码，此时客户端连接方式变为：

解释说明：

-h：指定连接的Redis服务的ip地址

-p：指定连接的Redis服务的端口号

-a：指定连接的Redis服务的密码

2. Redis数据类型

2.1 介绍

Redis存储的是key-value结构的数据，其中key是字符串类型，value有5种常用的数据类型：

• 字符串 string

• 哈希 hash

• 列表 list

• 集合 set

• 有序集合 sorted set / zset

2.2 Redis 5种常用数据类型

解释说明：

字符串(string)：普通字符串，常用

哈希(hash)：适合存储对象

列表(list)：按照插入顺序排序，可以有重复元素

集合(set)：无序集合，没有重复元素

有序集合(sorted set / zset)：集合中每个元素关联一个分数（score），根据分数升序排序，没有重复元素

 3. Redis常用命令

 3.1 字符串string操作命令

Redis 中字符串类型常用命令：

• SET key value 设置指定key的值

• 有key改值 无key新增

• GET key 获取指定key的值

• SETEX key seconds value 设置指定key的值，并将 key 的过期时间设为 seconds 秒

• SETNX key value 只有在 key 不存在时设置 key 的值

• 有key不改值 无key新增

更多命令可以参考Redis中文网：Redis中文网

3.2 哈希hash操作命令

Redis hash 是一个string类型的 field 和 value 的映射表，hash特别适合用于存储对象，常用命令：

• HSET key field value 将哈希表 key 中的字段 field 的值设为 value

• HGET key field 获取存储在哈希表中指定字段的值

• HDEL key field 删除存储在哈希表中的指定字段

• HKEYS key 获取哈希表中所有字段

• HVALS key 获取哈希表中所有值

• HGETALL key 获取在哈希表中指定 key 的所有字段和值

3.3 列表list操作命令

Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序，常用命令：

• LPUSH key value1 [value2] 将一个或多个值插入到列表头部

• LRANGE key start stop 获取列表指定范围内的元素

• RPOP key 移除并获取列表最后一个元素

• LLEN key 获取列表长度

• BRPOP key1 [key2 ] timeout 移出并获取列表的最后一个元素， 如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超 时或发现可弹出元素为止

3.4 集合set操作命令

Redis set 是string类型的无序集合。集合成员是唯一的，这就意味着集合中不能出现重复的数据，常用命令：

• SADD key member1 [member2] 向集合添加一个或多个成员

• SMEMBERS key 返回集合中的所有成员

• SCARD key 获取集合的成员数

• SINTER key1 [key2] 返回给定所有集合的交集

• SUNION key1 [key2] 返回所有给定集合的并集

• SDIFF key1 [key2] 返回给定所有集合的差集

• SREM key member1 [member2] 移除集合中一个或多个成员

3.5 有序集合sorted set操作命令

Redis sorted set 有序集合是 string 类型元素的集合，且不允许重复的成员。每个元素都会关联一个double类型的分数(score) 。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大排序。有序集合的成员是唯一的，但分数却可以重复。

常用命令：

• ZADD key score1 member1 [score2 member2] 向有序集合添加一个或多个成员，或者更新已存在成员的 分数

• ZRANGE key start stop [WITHSCORES] 通过索引区间返回有序集合中指定区间内的成员

• ZINCRBY key increment member 有序集合中对指定成员的分数加上增量 increment

• ZREM key member [member ...] 移除有序集合中的一个或多个成员

3.6 通用命令

Redis中的通用命令，主要是针对key进行操作的相关命令：

• KEYS pattern 查找所有符合给定模式( pattern)的 key

• EXISTS key 检查给定 key 是否存在

• TYPE key 返回 key 所储存的值的类型

• TTL key 返回给定 key 的剩余生存时间(TTL, time to live)，以秒为单位

• DEL key 该命令用于在 key 存在是删除 key

4. 在Java中操作Redis

4.1 介绍

前面我们讲解了Redis的常用命令，这些命令是我们操作Redis的基础，那么我们在java程序中应该如何操作Redis呢？这就需要使用Redis的Java客户端，就如同我们使用JDBC操作MySQL数据库一样。

Redis 的 Java 客户端很多，官方推荐的有三种：

• Jedis

• Lettuce

• Redisson

Spring 对 Redis 客户端进行了整合，提供了 Spring Data Redis，在Spring Boot项目中还提供了对应的Starter，即 spring-boot-starter-data-redis。

4.2 Jedis

Jedis 是 Redis 的 Java 版本的客户端实现。

maven坐标：

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>2.8.0</version>
</dependency>

使用 Jedis 操作 Redis 的步骤：

1. 获取连接

2. 执行操作

3. 关闭连接

示例代码：

package com.itheima.test;
​
import org.junit.Test;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.util.Set;
​
/**
 * 使用Jedis操作Redis
 */
public class JedisTest {
​
    @Test
    public void testRedis(){
        //1 获取连接
        Jedis jedis = new Jedis("localhost",6379);
        
        //2 执行具体的操作
        jedis.set("username","xiaoming");
​
        String value = jedis.get("username");
        System.out.println(value);
​
        //jedis.del("username");
​
        jedis.hset("myhash","addr","bj");
        String hValue = jedis.hget("myhash", "addr");
        System.out.println(hValue);
​
        Set<String> keys = jedis.keys("*");
        for (String key : keys) {
            System.out.println(key);
        }
​
        //3 关闭连接
        jedis.close();
    }
}

4.3 Spring Data Redis

4.3.1 介绍

Spring Data Redis 是 Spring 的一部分，提供了在 Spring 应用中通过简单的配置就可以访问 Redis 服务，对 Redis 底层开发包进行了高度封装。在 Spring 项目中，可以使用Spring Data Redis来简化 Redis 操作。

网址：Spring Data Redis

maven坐标：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.data</groupId>
    <artifactId>spring-data-redis</artifactId>
    <version>2.4.8</version>
</dependency>

Spring Boot提供了对应的Starter，maven坐标：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

Spring Data Redis中提供了一个高度封装的类：RedisTemplate，针对 Jedis 客户端中大量api进行了归类封装,将同一类型操作封装为operation接口，具体分类如下：

• ValueOperations：简单K-V操作

• SetOperations：set类型数据操作

• ZSetOperations：zset类型数据操作

• HashOperations：针对hash类型的数据操作

• ListOperations：针对list类型的数据操作

4.3.2 使用方式

4.3.2.1 环境搭建

第一步：创建maven项目springdataredis_demo，配置pom.xml文件

​
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.4.5</version>
        <relativePath/>
    </parent>
    <groupId>com.itheima</groupId>
    <artifactId>springdataredis_demo</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
                <version>2.4.5</version>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>
 
​

第二步：编写启动类

​
​
package com.itheima;
​
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
​
@SpringBootApplication
public class App {
​
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(App.class,args);
    }
​
}
 
​
 
​

第三步：配置application.yml

​
spring:
  application:
    name: springdataredis_demo
  #Redis相关配置
  redis:
    host: localhost
    port: 6379
    #password: 123456
    database: 0 #操作的是0号数据库
    jedis:
      #Redis连接池配置
      pool:
        max-active: 8 #最大连接数
        max-wait: 1ms #连接池最大阻塞等待时间
        max-idle: 4 #连接池中的最大空闲连接
        min-idle: 0 #连接池中的最小空闲连接
 
​

解释说明：

spring.redis.database：指定使用Redis的哪个数据库，Redis服务启动后默认有16个数据库，编号分别是从0到15。

可以通过修改Redis配置文件来指定数据库的数量。

第四步：提供配置类

package com.itheima.config;
 
import org.springframework.cache.annotation.CachingConfigurerSupport;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;
 
/**
 * Redis配置类
 */
@Configuration
public class RedisConfi
g extends CachingConfigurerSupport {
 
    @Bean
    public RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
 
        RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();
 
        //默认的Key序列化器为：JdkSerializationRedisSerializer
        redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        redisTemplate.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());
 
        redisTemplate.setConnectionFactory(connectionFactory);
 
        return redisTemplate;
    }
 
}

解释说明：

当前配置类不是必须的，因为 Spring Boot 框架会自动装配 RedisTemplate 对象，但是默认的key序列化器为JdkSerializationRedisSerializer，导致我们存到Redis中后的数据和原始数据有差别

第五步：提供测试类

package com.itheima.test;
 
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;
 
@SpringBootTest
@RunWith(SpringRunner.class)
public class SpringDataRedisTest {
 
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;
    
}

4.3.2.2 操作字符串类型数据

/**
 * 操作String类型数据
*/
@Test
public void testString(){
    //存值
    redisTemplate.opsForValue().set("city123","beijing");
 
    //取值
    String value = (String) redisTemplate.opsForValue().get("city123");
    System.out.println(value);
 
    //存值，同时设置过期时间
    redisTemplate.opsForValue().set("key1","value1",10l, TimeUnit.SECONDS);
 
    //存值，如果存在则不执行任何操作
    Boolean aBoolean = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("city1234", "nanjing");
    System.out.println(aBoolean);
}

4.3.2.3 操作哈希类型数据

/**
 * 操作Hash类型数据
*/
@Test
public void testHash(){
    HashOperations hashOperations = redisTemplate.opsForHash();
 
    //存值
    hashOperations.put("002","name","xiaoming");
    hashOperations.put("002","age","20");
    hashOperations.put("002","address","bj");
 
    //取值
    String age = (String) hashOperations.get("002", "age");
    System.out.println(age);
 
    //获得hash结构中的所有字段
    Set keys = hashOperations.keys("002");
    for (Object key : keys) {
        System.out.println(key);
    }
 
    //获得hash结构中的所有值
    List values = hashOperations.values("002");
    for (Object value : values) {
        System.out.println(value);
    }
}

5.3.2.4 操作列表类型数据

/**
 * 操作List类型的数据
*/
@Test
public void testList(){
    ListOperations listOperations = redisTemplate.opsForList();
 
    //存值
    listOperations.leftPush("mylist","a");
    listOperations.leftPushAll("mylist","b","c","d");
 
    //取值
    List<String> mylist = listOperations.range("mylist", 0, -1);
    for (String value : mylist) {
        System.out.println(value);
    }
 
    //获得列表长度 llen
    Long size = listOperations.size("mylist");
    int lSize = size.intValue();
    for (int i = 0; i < lSize; i++) {
        //出队列
        String element = (String) listOperations.rightPop("mylist");
        System.out.println(element);
    }
}

5.3.2.5 操作集合类型数据

/**
 * 操作Set类型的数据
*/
@Test
public void testSet(){
    SetOperations setOperations = redisTemplate.opsForSet();
 
    //存值
    setOperations.add("myset","a","b","c","a");
 
    //取值
    Set<String> myset = setOperations.members("myset");
    for (String o : myset) {
        System.out.println(o);
    }
 
    //删除成员
    setOperations.remove("myset","a","b");
 
    //取值
    myset = setOperations.members("myset");
    for (String o : myset) {
        System.out.println(o);
    }
 
}

4.3.2.6 操作有序集合类型数据

/**
 * 操作ZSet类型的数据
*/
@Test
public void testZset(){
    ZSetOperations zSetOperations = redisTemplate.opsForZSet();
 
    //存值
    zSetOperations.add("myZset","a",10.0);
    zSetOperations.add("myZset","b",11.0);
    zSetOperations.add("myZset","c",12.0);
    zSetOperations.add("myZset","a",13.0);
 
    //取值
    Set<String> myZset = zSetOperations.range("myZset", 0, -1);
    for (String s : myZset) {
        System.out.println(s);
    }
 
    //修改分数
    zSetOperations.incrementScore("myZset","b",20.0);
 
    //取值
    myZset = zSetOperations.range("myZset", 0, -1);
    for (String s : myZset) {
        System.out.println(s);
    }
 
    //删除成员
    zSetOperations.remove("myZset","a","b");
 
    //取值
    myZset = zSetOperations.range("myZset", 0, -1);
    for (String s : myZset) {
        System.out.println(s);
    }
}

4.3.2.7 通用操作

/**
 * 通用操作，针对不同的数据类型都可以操作
*/
@Test
public void testCommon(){
    //获取Redis中所有的key
    Set<String> keys = redisTemplate.keys("*");
    for (String key : keys) {
        System.out.println(key);
    }
 
    //判断某个key是否存在
    Boolean itcast = redisTemplate.hasKey("itcast");
    System.out.println(itcast);
 
    //删除指定key
    redisTemplate.delete("myZset");
 
    //获取指定key对应的value的数据类型
    DataType dataType = redisTemplate.type("myset");
    System.out.println(dataType.name());
 
}

二、Redis 为什么这么快

1.基于内存操作

我们都知道内存读写是比在磁盘快很多 ,  Redis 基于内存存储实现数据库，

相对于数据存在磁盘 MySQL 数据库 ，省去磁盘 I/O 消耗。

2.高效的数据结构

1).SDS 简单动态字符串:二进制安全 ：Redis 可以存储一些二进制数据 ，在 C  语言中字符串遇到'\0'会 结束 ，而 SDS 中标志字符串结束是 len 属性。

2)字典:Redis 作为 K-V 型内存数据库 ，所有的键值就是用字典来存储。字典就是哈希 表， 比如 HashMap， 通过key 就可以直接获取到对应 value。而哈希表的特性，在 O（ 1）时间复杂度就可以获得对应的值。

3).跳跃表:

. 字符串长度处理：Redis 获取字符串长度 ，时间复杂度为 O(1) ，而 C 语言中， 需要从头开始遍历，复杂度为 O（ n）;

. 空间预分配：字符串修改越频繁的话， 内存分配越频繁 ，就会消耗性能 ，而 SDS 修改和空间扩充，会额外分配未使用的空间 ，减少性能损耗。

. 惰性空间释放 ：SDS  缩短时 ，不是回收多余的内存空间 ，而是 free 记录下多 余的空间 ，后续有变更 ，直接使用 free 中记录的空间 ，减少分配。

3.合理的线程模型

多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求 ，而 Redis 使用用

epoll 作为 I/O 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 I/O 上浪费过多的时间。

单线程模型

. Redis 是单线程模型 ,  而单线程避免了 CPU 不必要的上下文切换和竞争锁的消耗。也正因为是单线程 ，如果某个命令执行过长（如 hgetall 命令） ，会造成阻塞。

Redis 是面向快速执行场景的数据库。 ，所以要慎用如 smembers 和 l range 、 hgetall 等命令。

. Redis  6.0  引入了多线程提速 ，它的执行命令操作内存的仍然是个单线程只是在io方面是多线程。

三、 什么是缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩？

1.缓存穿透:

指查询一个一定不存在的数据， 由于缓存是不命中时需要从数据库 查询 ，查不到数据则不写入缓存 ，这将导致这个不存在的数据每次请求都要到数据库去查询 ，进而给数据库带来压力

如何避免缓存穿透呢？ 一般有三种方法。

. 1.如果是非法请求 ，我们在 API 入口 ，对参数进行校验 ，过滤非法值。

. 2.如果查询数据库为空 ，我们可以给缓存设置个空值 ，或者默认值。但是如有有写 请求进来的话 ，需要更新缓存哈 ，以保证缓存一致性 ， 同时 ，最后给缓存设置适当 的过期时间。（业务上比较常用 ，简单有效）

. 3.使用布隆过滤器快速判断数据是否存在。 即一个查询请求过来时 ，先通过布隆过 滤器判断值是否存在 ，存在才继续往下查。

2.缓存雪崩

指缓存中数据大批量到过期时间 ，而查询数据量巨大 ，请求都直接访问数据库 ，引起数据库压力过大甚至 down 机。

缓存雪奔一般是由于大量数据同时过期造成的 ,  对于这个原因 ，可通过均匀设置过 期时间解决 ， 即让过期时间相对离散一点。如采用一个较大固定值+一个较小的随 机值 ， 5 小时+0 到 1800 秒酱紫。

. Redis  故障宕机也可能引起缓存雪奔。这就需要构造 Redis 高可用集群啦。

3.缓存击穿​​​​​​​

指热点key 在某个时间点过期的时候 ，而恰好在这个时间点对这个Key 有大量的并发请求过来，从而大量的请求打到 db。

解决方案就有两种：

. 1.使用互斥锁方案。缓存失效时 ，不是立即去加载 db 数据 ，而是先使用某些带成 功返回的原子操作命令 ，如(Redis 的 setnx） 去操作 ，成功的时候 ，再去加载 db 数据库数据和设置缓存。否则就去重试获取缓存。

. 2.   “永不过期 ” ，是指没有设置过期时间 ，但是热点数据快要过期时 ，异步线程去 更新和设置过期时间。

 四、Redis 过期策略和内存淘汰策略

五、 Redis 的常用应用场景(运用)

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总结

以上是对redis基本知识以及运用的介绍,请各位兄弟们指正