基础篇

1. Redis入门

1. 认识NoSQL

1. 什么是NoSQL

• NoSQL最常见的解释是”non-relational“， 很多人也说它是”Not Only SQL”
• NoSQL仅仅是一个概念，泛指非关系型的数据库
• 区别于关系数据库，它们不保证关系数据的ACID特性
• NoSQL是一项全新的数据库革命性运动，提倡运用非关系型的数据存储，相对于铺天盖地的关系型数据库运用，这一概念无疑是一种全新的思维的注入
• 常见的NoSQL数据库有：Redis、MemCache、MongoDB等

2. NoSQL与SQL的差异

2. 认识Redis

Redis诞生于2009年全称是Remote Dictionary Server，远程词典服务器，是一个基于内存的键值型NoSQL数据库。

Redis的特征：

• 键值（key-value）型，value支持多种不同数据结构，功能丰富
• 单线程，每个命令具备原子性
• 低延迟，速度快（基于内存、IO多路复用、良好的编码）
• 支持数据持久化
• 支持主从集群、分片集群
• 支持多语言客户端

3. 安装Redis

大多数企业都是基于Linux服务器来部署项目，而且Redis官方也没有提供Windows版本的安装包。因此课程中我们会基于Linux系统来安装Redis.

此处选择的Linux版本为CentOS 7

Redis的官方网站地址：https://redis.io/

1. 安装Redis依赖

Redis是基于C语言编写的，因此首先需要安装Redis所需要的gcc依赖

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yum install -y gcc tcl

2. 正式安装Redis

然后将课前资料提供的Redis安装包上传到虚拟机的任意目录：

例如，我放到了/usr/local/src 目录：

解压缩：

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tar -xzf redis-6.2.6.tar.gz

解压后：

进入redis目录：

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cd redis-6.2.6

运行编译命令：

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make && make install

如果没有出错，应该就安装成功了。

默认的安装路径是在 /usr/local/bin目录下：

该目录以及默认配置到环境变量，因此可以在任意目录下运行这些命令。其中：

• redis-cli：是redis提供的命令行客户端
• redis-server：是redis的服务端启动脚本
• redis-sentinel：是redis的哨兵启动脚本

4. 启动Redis

Redis的启动方式有很多种，例如：前台启动、后台启动、开机自启

1. 默认启动

安装完成后，在任意目录输入redis-server命令即可启动Redis：

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redis-server

如图：

这种启动属于前台启动，会阻塞整个会话窗口，窗口关闭或者按下CTRL + C则Redis停止。不推荐使用。

2. 指定配置启动

如果要让Redis以后台方式启动，则必须修改Redis配置文件，就在我们之前解压的redis安装包下（/usr/local/src/redis-6.2.6），名字叫redis.conf：

我们先将这个配置文件备份一份：

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cp redis.conf redis.conf.bck

• 然后修改redis.conf文件中的一些配置：

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# 监听的地址，默认是127.0.0.1，会导致只能在本地访问。修改为0.0.0.0则可以在任意IP访问，生产环境不要设置为0.0.0.0
bind 0.0.0.0
# 守护进程，修改为yes后即可后台运行
daemonize yes
# 密码，设置后访问Redis必须输入密码
requirepass 123321

• Redis的其它常见配置：

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# 监听的端口
port 6379
# 工作目录，默认是当前目录，也就是运行redis-server时的命令，日志、持久化等文件会保存在这个目录
dir .
# 数据库数量，设置为1，代表只使用1个库，默认有16个库，编号0~15
databases 1
# 设置redis能够使用的最大内存
maxmemory 512mb
# 日志文件，默认为空，不记录日志，可以指定日志文件名
logfile "redis.log"

• 启动Redis：

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# 进入redis安装目录 
cd /usr/local/src/redis-6.2.6
# 启动
redis-server redis.conf

• 停止服务：

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# 利用redis-cli来执行 shutdown 命令，即可停止 Redis 服务，
# 因为之前配置了密码，因此需要通过 -u 来指定密码
redis-cli -a 123321 shutdown

3. 开机自启

我们也可以通过配置来实现开机自启。

• 首先，新建一个系统服务文件：

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vi /etc/systemd/system/redis.service

• 内容如下：

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[Unit]
Description=redis-server
After=network.target

[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/local/bin/redis-server /usr/local/src/redis-6.2.6/redis.conf
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

• 然后重载系统服务：

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systemctl daemon-reload

• 现在，我们可以用下面这组命令来操作redis了：

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# 启动
systemctl start redis
# 停止
systemctl stop redis
# 重启
systemctl restart redis
# 查看状态
systemctl status redis

• 执行下面的命令，可以让redis开机自启：

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systemctl enable redis

2. Redis常见命令

我们可以通过Redis的中文文档：http://www.redis.cn/commands.html，来学习各种命令。

也可以通过菜鸟教程官网来学习：https://www.runoob.com/redis/redis-keys.html

1. Redis数据结构介绍

Redis是一个key-value的数据库，key一般是String类型，不过value的类型多种多样

2. 通用命令

通用指令是部分数据类型的，都可以使用的指令，常见的有如下表格所示

可以通过help [command] 可以查看一个命令的具体用法！

3. String类型

String类型，也就是字符串类型，是Redis中最简单的存储类型。

其value是字符串，不过根据字符串的格式不同，又可以分为3类：

• string：普通字符串
• int：整数类型，可以做自增、自减操作
• float：浮点类型，可以做自增、自减操作

不管是哪种格式，底层都是字节数组形式存储，只不过是编码方式不同。字符串类型的最大空间不能超过512m。

String的常见命令有如下表格所示

Redis的key允许有多个单词形成层级结构，多个单词之间用” ：“隔开，格式如下：

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项目名:业务名:类型:id

这个格式并非固定，也可以根据自己的需求来删除或添加词条。

例如我们的项目名称叫 heima，有user和product两种不同类型的数据，我们可以这样定义key：

• user 相关的key：heima:user:1
• product 相关的key：heima:product:1

如果Value是一个Java对象，例如一个User对象，则可以将对象序列化为JSON字符串后存储

4. Hash类型

Hash类型，也叫散列，其value是一个无序字典，类似于Java中的HashMap结构。

• Hash结构可以将对象中的每个字段独立存储，可以针对单个字段做CRUD

  

• Hash的常见命令有：

  命令	描述
  HSET key field value	添加或者修改hash类型key的field的值
  HGET key field	获取一个hash类型key的field的值
  HMSET	hmset 和 hset 效果相同 ，6之后hmset可以弃用了
  HMGET	批量获取多个hash类型key的field的值
  HGETALL	获取一个hash类型的key中的所有的field和value
  HKEYS	获取一个hash类型的key中的所有的field
  HVALS	获取一个hash类型的key中的所有的value
  HINCRBY	让一个hash类型key的字段值自增并指定步长
  HSETNX	添加一个hash类型的key的field值，前提是这个field不存在，否则不执行

5. List类型

Redis中的List类型与Java中的LinkedList类似，可以看做是一个双向链表结构。既可以支持正向检索和也可以支持反向检索。

特征也与LinkedList类似：

• 有序
• 元素可以重复
• 插入和删除快
• 查询速度一般

常用来存储一个有序数据，例如：朋友圈点赞列表，评论列表等

List的常见命令

思考问题

• 如何利用List结构模拟一个栈?

  • 先进后出，入口和出口在同一边

• 如何利用List结构模拟一个队列?

  • 先进先出，入口和出口在不同边

• 如何利用List结构模拟一个阻塞队列?

  • 入口和出口在不同边
  • 出队时采用BLPOP或BRPOP

6. Set类型

Redis的Set结构与Java中的HashSet类似，可以看做是一个value为null的HashMap。因为也是一个hash表，因此具备与HashSet类似的特征

• 无序
• 元素不可重复
• 查找快
• 支持交集、并集、差集等功能

Set的常见命令

交集、差集、并集图示

7. SortedSet类型

Redis的SortedSet是一个可排序的set集合，与Java中的TreeSet有些类似，但底层数据结构却差别很大。SortedSet中的每一个元素都带有一个score属性，可以基于score属性对元素排序，底层的实现是一个跳表（SkipList）加 hash表。

SortedSet具备下列特性：

• 可排序
• 元素不重复
• 查询速度快

因为SortedSet的可排序特性，经常被用来实现排行榜这样的功能。

SortedSet的常见命令

注意：所有的排名默认都是升序，如果要降序则在命令的Z后面添加REV即可

8. GEO数据结构

GEO就是Geolocation的简写形式，代表地理坐标。Redis在3.2版本中加入了对GEO的支持，允许存储地理坐标信息，帮助我们根据经纬度来检索数据。常见的命令有：

GEOADD：添加一个地理空间信息，包含：经度（longitude）、纬度（latitude）、值（member）

GEODIST：计算指定的两个点之间的距离并返回

GEOHASH：将指定member的坐标转为hash字符串形式并返回

GEOPOS：返回指定member的坐标

GEORADIUS：指定圆心、半径，找到该圆内包含的所有member，并按照与圆心之间的距离排序后返回。6.2以后已废弃

GEOSEARCH：在指定范围内搜索member，并按照与指定点之间的距离排序后返回。范围可以是圆形或矩形。6.2.新功能

GEOSEARCHSTORE：与GEOSEARCH功能一致，不过可以把结果存储到一个指定的key。 6.2.新功能

9. BitMap

Redis中是利用string类型数据结构实现BitMap**，**因此最大上限是512M，转换为bit则是 2^32个bit位。

BitMap的操作命令有：

SETBIT：向指定位置（offset）存入一个0或1

GETBIT ：获取指定位置（offset）的bit值

BITCOUNT ：统计BitMap中值为1的bit位的数量

BITFIELD ：操作（查询、修改、自增）BitMap中bit数组中的指定位置（offset）的值

BITFIELD_RO ：获取BitMap中bit数组，并以十进制形式返回

BITOP ：将多个BitMap的结果做位运算（与 、或、异或）

BITPOS ：查找bit数组中指定范围内第一个0或1出现的位置

3. Redis客户端

安装完成Redis，我们就可以操作Redis，实现数据的CRUD了。这需要用到Redis客户端，包括：

• 命令行客户端
• 图形化桌面客户端
• 编程客户端

1. 命令行客户端

Redis安装完成后就自带了命令行客户端：redis-cli，使用方式如下：

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redis-cli [options] [commonds]

其中常见的options有：

• -h 127.0.0.1：指定要连接的redis节点的IP地址，默认是127.0.0.1
• -p 6379：指定要连接的redis节点的端口，默认是6379
• -a 123321：指定redis的访问密码

其中的commonds就是Redis的操作命令，例如：

• ping：与redis服务端做心跳测试，服务端正常会返回pong

不指定commond时，会进入redis-cli的交互控制台：

2. 图形化客户端

GitHub上的大神编写了Redis的图形化桌面客户端，地址：https://github.com/uglide/RedisDesktopManager

不过该仓库提供的是RedisDesktopManager的源码，并未提供windows安装包。

在下面这个仓库可以找到安装包：https://github.com/lework/RedisDesktopManager-Windows/releases

1. 安装

在课前资料中可以找到Redis的图形化桌面客户端：

解压缩后，运行安装程序即可安装：

安装完成后，在安装目录下找到rdm.exe文件：

双击即可运行：

2. 建立连接

点击左上角的连接到Redis服务器按钮：

在弹出的窗口中填写Redis服务信息：

点击确定后，在左侧菜单会出现这个链接：

点击即可建立连接了：

Redis默认有16个仓库，编号从0至15。通过配置文件可以设置仓库数量，但是不超过16，并且不能自定义仓库名称。

如果是基于redis-cli连接Redis服务，可以通过select命令来选择数据库：

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# 选择 0号库
select 0

3. Java客户端

在Redis官网中提供了各种语言的客户端，地址：https://redis.io/clients

1. Jedis

1. Jedis入门

Jedis 的官网地址： https://github.com/redis/jedis，我们先来个快速入门：

• 新建一个Maven工程并引入以下依赖

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  <!--引入Jedis依赖--> <dependency> <groupId>redis.clients</groupId> <artifactId>jedis</artifactId> <version>4.2.3</version> </dependency> <!--引入单元测试依赖--> <dependency> <groupId>org.junit.jupiter</groupId> <artifactId>junit-jupiter</artifactId> <version>5.8.2</version> <scope>test</scope> </dependency>

• 编写测试类并与Redis建立连接

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  private Jedis jedis; @BeforeEach //被该注解修饰的方法每次执行其他方法前自动执行 void setUp(){ // 获取连接 jedis = new Jedis("192.168.230.88",6379); // 2. 设置密码 jedis.auth("132537"); // 选择库（默认是下标为0的库） jedis.select(0); }

• 编写一个操作数据的方法（这里以操作String类型为例）

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  @Test public void testString(){ // 往redis中存放一条String类型的数据并获取返回结果 String result = jedis.set("url", "https://www.oz6.cn"); System.out.println("result = " + result); // 2.从redis中获取一条数据 String url = jedis.get("url"); System.out.println("url = " + url); }

• 最后不要忘记编写一个释放资源的方法

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  @AfterEach //被该注解修饰的方法会在每次执行其他方法后执行 void tearDown(){ // 释放资源 if (jedis != null){ jedis.close(); } }

• 执行testString()方法后测试结果如图所示

  

2. Jedis连接池

Jedis本身是线程不安全的，并且频繁的创建和销毁连接会有性能损耗，因此我们推荐大家使用Jedis连接池代替Jedis的直连方式

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public class JedisConnectionFactory {
    private static final JedisPool jedisPool;

    static {
        //配置连接池
        JedisPoolConfig jedisPoolConfig = new JedisPoolConfig();
        jedisPoolConfig.setMaxTotal(8);
        jedisPoolConfig.setMaxIdle(8);
        jedisPoolConfig.setMinIdle(0);
        jedisPoolConfig.setMaxWait(Duration.of(200, ChronoUnit.SECONDS));
        //创建连接池对象
        jedisPool = new JedisPool(jedisPoolConfig,"192.168.230.88",6379,1000,"132537");
    }

    public static Jedis getJedis(){
       return jedisPool.getResource();
    }
    
    public static void returnJedis(Jedis jedis) {
        jedisPool.returnResource(jedis);
    }
}

2. SpringDataRedis

1. SpringDataRedis介绍

SpringData是Spring中数据操作的模块，包含对各种数据库的集成，其中对Redis的集成模块就叫做SpringDataRedis

官网地址：https://spring.io/projects/spring-data-redis

• 提供了对不同Redis客户端的整合（Lettuce和Jedis）
• 提供了RedisTemplate统一API来操作Redis
• 支持Redis的发布订阅模型
• 支持Redis哨兵和Redis集群
• 支持基于Lettuce的响应式编程
• 支持基于JDK、JSON、字符串、Spring对象的数据序列化及反序列化
• 支持基于Redis的JDKCollection实现

SpringDataRedis中提供了RedisTemplate工具类，其中封装了各种对Redis的操作。并且将不同数据类型的操作API封装到了不同的类型中：

2. SpringDataRedis快速入门

SpringBoot已经提供了对SpringDataRedis的支持，使用非常简单

• 首先新建一个Spring Boot工程

  

• 然后引入连接池依赖

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  <!--连接池依赖--> <dependency> <groupId>org.apache.commons</groupId> <artifactId>commons-pool2</artifactId> </dependency>

• 编写配置文件application.yml（连接池的配置在实际开发中是根据需求来的）

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  spring: redis: host: 192.168.111.129 #指定redis所在的host port: 6379 #指定redis的端口 password: 123456 #设置redis密码 lettuce: pool: max-active: 8 #最大连接数 max-idle: 8 #最大空闲数 min-idle: 0 #最小空闲数 max-wait: 100ms #连接等待时间

• 编写测试类执行测试方法

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  @SpringBootTest class RedisDemoApplicationTests { @Autowired private RedisTemplate redisTemplate; @Test void testString() { // 通过RedisTemplate获取操作String类型的ValueOperations对象 ValueOperations ops = redisTemplate.opsForValue(); // 2.插入一条数据 ops.set("github","https://github.com/eardh"); // 获取数据 String github = (String) ops.get("github"); System.out.println("github = " + github); } }

3. RedisSerializer配置

RedisTemplate可以接收任意Object作为值写入Redis，只不过写入前会把Object序列化为字节形式，默认是采用JDK序列化，得到的结果是这样的

缺点：

• 可读性差
• 内存占用较大

那么如何解决以上的问题呢？我们可以通过自定义RedisTemplate序列化的方式来解决。

• 编写一个配置类RedisConfig

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  @Configuration public class RedisConfig { @Bean public RedisTemplate<String,Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory){ // 创建RedisTemplate对象 RedisTemplate<String ,Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>(); // 2.设置连接工厂 redisTemplate.setConnectionFactory(factory); // 创建序列化对象 StringRedisSerializer stringRedisSerializer = new StringRedisSerializer(); GenericJackson2JsonRedisSerializer genericJackson2JsonRedisSerializer = new GenericJackson2JsonRedisSerializer(); // 设置key和hashKey采用String的序列化方式 redisTemplate.setKeySerializer(stringRedisSerializer); redisTemplate.setHashKeySerializer(stringRedisSerializer); // 5.设置value和hashValue采用json的序列化方式 redisTemplate.setValueSerializer(genericJackson2JsonRedisSerializer); redisTemplate.setHashValueSerializer(genericJackson2JsonRedisSerializer); return redisTemplate; } }

• 此时我们已经将RedisTemplate的key设置为String序列化，value设置为Json序列化的方式，再来执行方法测试，值成功序列化

• 由于我们设置的value序列化方式是Json的，因此我们可以直接向redis中插入一个对象

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  @Test void testSaveUser() { redisTemplate.opsForValue().set("user:100", new User("虎哥", 21)); User user = (User) redisTemplate.opsForValue().get("user:100"); System.out.println("User = " + user); }

  

  尽管Json序列化可以满足我们的需求，但是依旧存在一些问题。

  如上图所示，为了在反序列化时知道对象的类型，JSON序列化器会将类的class类型写入json结果中，存入Redis，会带来额外的内存开销。

  那么我们如何解决这个问题呢？我们可以通过下文的StringRedisTemplate来解决这个问题。

4. StringRedisTemplate

为了节省内存空间，我们并不会使用JSON序列化器来处理value，而是统一使用String序列化器，要求只能存储String类型的key和value。当需要存储Java对象时，手动完成对象的序列化和反序列化。

Spring默认提供了一个StringRedisTemplate类，它的key和value的序列化方式默认就是String方式。省去了我们自定义RedisTemplate的过程

• 我们可以直接编写一个测试类使用StringRedisTemplate来执行以下方法

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  @SpringBootTest class RedisStringTemplateTest { @Resource private StringRedisTemplate stringRedisTemplate; @Test void testSaveUser() throws JsonProcessingException { // 创建一个Json序列化对象 ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper(); // 2.将要存入的对象通过Json序列化对象转换为字符串 String userJson1 = objectMapper.writeValueAsString(new User("虎哥", 21)); // 通过StringRedisTemplate将数据存入redis stringRedisTemplate.opsForValue().set("user:200",userJson1); // 通过key取出value String userJson2 = stringRedisTemplate.opsForValue().get("user:200"); // 5.由于取出的值是String类型的Json字符串，因此我们需要通过Json序列化对象来转换为java对象 User user = objectMapper.readValue(userJson2, User.class); // 6.打印结果 System.out.println("user = " + user); } }

• 执行完毕回到Redis的图形化客户端查看结果

  

• 自动序列化配置最强版，不用手动序列化对象

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  @Configuration public class RedisConfig { @Bean public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory factory) { RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>(); // 配置连接工厂 template.setConnectionFactory(factory); // 创建String序列化器 StringRedisSerializer stringRedisSerializer = new StringRedisSerializer(); // 序列化和反序列化redis中的值 Jackson2JsonRedisSerializer<Object> jackson = new Jackson2JsonRedisSerializer<>(Object.class); // Java对象转换成JSON结构 ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper(); // 指定要序列化的域 objectMapper.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY); // 指定序列化输入的类型 objectMapper.activateDefaultTyping(LaissezFaireSubTypeValidator.instance, ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL, JsonTypeInfo.As.WRAPPER_ARRAY); jackson.setObjectMapper(objectMapper); // 使用StringRedisSerializer来序列化和反序列化redis的key值 template.setKeySerializer(stringRedisSerializer); // 值采用json序列化 template.setValueSerializer(jackson); // 设置hash key和value序列化模式 template.setHashKeySerializer(stringRedisSerializer); template.setHashValueSerializer(jackson); template.afterPropertiesSet(); return template; } }

3. 总结

RedisTemplate的两种序列化实践方案，两种方案各有各的优缺点，可以根据实际情况选择使用。

方案一：

1. 自定义RedisTemplate
2. 修改RedisTemplate的序列化器为GenericJackson2JsonRedisSerializer

方案二：

1. 使用StringRedisTemplate
2. 写入Redis时，手动把对象序列化为JSON
3. 读取Redis时，手动把读取到的JSON反序列化为对象

方案三：

1. 自定义RedisTemplate
2. 修改RedisTemplate的序列化器为Jackson2JsonRedisSerializer，并定制Jackson2JsonRedisSerializer的序列化规则