Redis系列--常用命令（一）

1.概述

Redis是一个开源的，基于内存的结构化（key-value）数据存储媒介，可以作为数据库、缓存服务或消息服务使用，Redis支持多种数据结构，包括字符串(string)、哈希表(hash)、列表(list)、集合(set)、有序集合(SortedSet)、位图（bitMap）、Hyperloglogs等。

Redis具备LRU淘汰、事务实现、以及不同级别的硬盘持久化等能力，并且支持副本集和通过Redis Sentinel实现的高可用方案，同时还支持通过Redis Cluster实现的数据自动分片能力。

Redis的主要功能都基于单线程模型实现，也就是说Redis使用一个线程来服务所有的客户端请求，同时Redis采用了非阻塞式IO，并精细地优化各种命令的算法时间复杂度，这些信息意味着：

• Redis是线程安全的（因为只有一个线程），其所有操作都是原子的，不会因并发产生数据异常
• Redis的速度非常快（因为使用非阻塞式IO，且大部分命令的算法时间复杂度都是O(1))
• 使用高耗时的Redis命令是很危险的，会占用唯一的一个线程的大量处理时间，导致所有的请求都被拖慢。（例如时间复杂度为O(N)的KEYS命令，严格禁止在生产环境中使用）

2.优缺点

优点：

• 读写性能优异
• 支持数据持久化，支持AOF和RDB两种持久化方式（后续会写博客详细介绍两种方式的特点）
• 支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离
• 数据结构丰富：除了支持string类型的value外还支持string、hash、set、sortedset、list等数据结构

缺点：

• Redis不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复
• 主机宕机，宕机前有部分数据未能及时同步到从机，切换IP后还会引入数据不一致的问题，降低了系统的可用性
• redis的主从复制采用全量复制，复制过程中主机会fork出一个子进程对内存做一份快照，并将子进程的内存快照保存为文件发送给从机，这一过程需要确保主机有足够多的空余内存。若快照文件较大，对集群的服务能力会产生较大的影响，而且复制过程是在从机新加入集群或者从机和主机网络断开重连时都会进行，也就是网络波动都会造成主机和从机间的一次全量的数据复制，这对实际的系统运营造成了不小的麻烦
• Redis较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。为避免这一问题，运维人员在系统上线时必须确保有足够的空间，这对资源造成了很大的浪费
• 实际应用过程中，系统过度的依赖redis会导致，会使redis成为性能瓶颈。（这里后续会写一篇文章和大家分享）

3.数据类型及常用命令

1.String(字符串)

String是Redis的基础数据类型，Redis没有Int、Float、Boolean等数据类型的概念，所有的基本类型在Redis中都以String体现

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)
• SETNX：将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在
• SETEX：将值 value 关联到 key ，并将 key 的生存时间设为 seconds (以秒为单位,此命令非常常用)
• 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)
• 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。

备注：进行INCR/DECR、INCRBY/DECRBY系列命令的value，必须在[-2^63 ~ 2^63 - 1]范围内。前文提到过，Redis采用单线程模型，天然是线程安全的，这使得INCR/DECR命令可以非常便利的实现高并发场景下的精确控制

2.Hash（哈希表)

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中的field对应对象的field即可。

常用命令：

• HSET：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：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)

应谨慎使用的Hash相关命令：

HGETALL：返回指定Hash中所有的field-value对。返回结果为数组，数组中field和value交替出现。时间复杂度O(N)

HKEYS/HVALS：返回指定Hash中所有的field/value，时间复杂度O(N)，

3.List(列表)

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。Redis的List实际是设计来用于实现队列，而不是用于实现类似ArrayList这样的列表的。如果你不是想要实现一个双端出入的队列，那么请尽量不要使用Redis的List数据结构。为了更好支持队列的特性，Redis还提供了一系列阻塞式的操作命令，如BLPOP/BRPOP等，能够实现类似于BlockingQueue的能力，即在List为空时，阻塞该连接，直到List中有对象可以出队时再返回

常用命令：

• 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。

应谨慎使用的List相关命令：

• LINDEX：返回指定List指定index上的元素，如果index越界，返回nil。index数值是回环的，即-1代表List最后一个位置，-2代表List倒数第二个位置。时间复杂度O(N)
• LSET：将指定List指定index上的元素设置为value，如果index越界则返回错误，时间复杂度O(N)，如果操作的是头/尾部的元素，则时间复杂度为O(1)
• LINSERT：向指定List中指定元素之前/之后插入一个新元素，并返回操作后的List长度。如果指定的元素不存在，返回-1。如果指定key不存在，不会进行任何操作，时间复杂度O(N)

由于Redis的List是链表结构的，上述的三个命令的算法效率较低，需要对List进行遍历，命令的耗时无法预估，在List长度大的情况下耗时会明显增加，应谨慎使用。

4.Set(集合)

Redis Set是无序的，不可重复的String集合。

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

慎用的Set相关命令：

• SMEMBERS：返回指定Hash中所有的member，时间复杂度O(N)
• SUNION/SUNIONSTORE：计算多个Set的并集并返回/存储至另一个Set中，时间复杂度O(N)，N为参与计算的所有集合的总member数
• SINTER/SINTERSTORE：计算多个Set的交集并返回/存储至另一个Set中，时间复杂度O(N)，N为参与计算的所有集合的总member数
• SDIFF/SDIFFSTORE：计算1个Set与1或多个Set的差集并返回/存储至另一个Set中，时间复杂度O(N)，N为参与计算的所有集合的总member数

备注：上述几个命令涉及的计算量大，应谨慎使用，特别是在参与计算的Set尺寸不可知的情况下，应严格避免使用

5.SortedSet(有序集合)

Redis Sorted Set是有序的、不可重复的String集合。Sorted Set中的每个元素都需要指派一个分数(score)，Sorted Set会根据score对元素进行升序排序。如果多个member拥有相同的score，则以字典序进行升序排序。Sorted Set非常适合用于实现排名。

常用命令：

• ZADD：向指定Sorted Set中添加1个或多个member，时间复杂度O(Mlog(N))，M为添加的member数量，N为Sorted Set中的member数量
• ZREM：从指定Sorted Set中删除1个或多个member，时间复杂度O(Mlog(N))，M为删除的member数量，N为Sorted Set中的member数量
• ZCOUNT：返回指定Sorted Set中指定score范围内的member数量，时间复杂度：O(log(N))
• ZCARD：返回指定Sorted Set中的member数量，时间复杂度O(1)
• ZSCORE：返回指定Sorted Set中指定member的score，时间复杂度O(1)
• ZRANK/ZREVRANK：返回指定member在Sorted Set中的排名，ZRANK返回按升序排序的排名，ZREVRANK则返回按降序排序的排名。时间复杂度O(log(N))
• ZINCRBY：同INCRBY，对指定Sorted Set中的指定member的score进行自增，时间复杂度O(log(N))

慎用的Sorted Set相关命令：

• ZRANGE/ZREVRANGE：返回指定Sorted Set中指定排名范围内的所有member，ZRANGE为按score升序排序，ZREVRANGE为按score降序排序，时间复杂度O(log(N)+M)，M为本次返回的member数
• ZRANGEBYSCORE/ZREVRANGEBYSCORE：返回指定Sorted Set中指定score范围内的所有member，返回结果以升序/降序排序，min和max可以指定为-inf和+inf，代表返回所有的member。时间复杂度O(log(N)+M)
• ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE：移除Sorted Set中指定排名范围/指定score范围内的所有member。时间复杂度O(log(N)+M)

6.Bitmap和HyperLogLog

Bitmap在Redis中不是一种实际的数据类型，而是一种将String作为Bitmap使用的方法。可以理解为将String转换为bit数组。使用Bitmap来存储true/false类型的简单数据极为节省空间。

HyperLogLogs是一种主要用于数量统计的数据结构，它和Set类似，维护一个不可重复的String集合，但是HyperLogLogs并不维护具体的member内容，只维护member的个数。也就是说，HyperLogLogs只能用于计算一个集合中不重复的元素数量，所以它比Set要节省很多内存空间。

其他常用命令

• EXISTS：判断指定的key是否存在，返回1代表存在，0代表不存在，时间复杂度O(1)
• DEL：删除指定的key及其对应的value，时间复杂度O(N)，N为删除的key数量
• EXPIRE/PEXPIRE：为一个key设置有效期，单位为秒或毫秒，时间复杂度O(1)
• TTL/PTTL：返回一个key剩余的有效时间，单位为秒或毫秒，时间复杂度O(1)
• RENAME/RENAMENX：将key重命名为newkey。使用RENAME时，如果newkey已经存在，其值会被覆盖；使用RENAMENX时，如果newkey已经存在，则不会进行任何操作，时间复杂度O(1)
• TYPE：返回指定key的类型，string, list, set, zset, hash。时间复杂度O(1)
• CONFIG GET：获得Redis某配置项的当前值，可以使用*通配符，时间复杂度O(1)
• CONFIG SET：为Redis某个配置项设置新值，时间复杂度O(1)
• CONFIG REWRITE：让Redis重新加载redis.conf中的配置