像查询DB一样查询redis

设计目的：希望查询redis缓存像查询数据库一样，支持多条件组合查询、模糊查询、区间查询、多字段排序查询、分页查询。

其实，在redis中，就只有key-value这种存储结构，如何利用这种存储结构完成复杂的查询呢？让我们一起往下看

例如有以下表结构：
CREATE TABLE student (
id bigint(18) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'ID',
name varchar(30) NOT NULL COMMENT '姓名',
birth date DEFAULT NULL COMMENT '出生日期',
age int(2) DEFAULT 0 COMMENT '年龄',
clazz varchar(30) DEFAULT NULL COMMENT '班级',
create_tm datetime not null DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
PRIMARY KEY (id)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='学生表';

表数据：

INSERT INTO student (id, name, birth, age, clazz) VALUES ('1', '张三', '2000-07-07', '17', '高二1班');
INSERT INTO student (id, name, birth, age, clazz) VALUES ('2', '王丽', '2001-02-14', '16', '高二1班');
INSERT INTO student (id, name, birth, age, clazz) VALUES ('3', '张库', '2000-04-16', '17', '高二2班');
INSERT INTO student (id, name, birth, age, clazz) VALUES ('4', '李四', '2002-04-12', '15', '高一2班');
INSERT INTO student (id, name, birth, age, clazz) VALUES ('5', '何声', '2000-11-23', '17', '高二1班');

以下都是使用redis的基本命令实现，不分编程语言，如果对redis命令不是很熟的朋友可以阅读一下 Redis 命令参考：http://doc.redisfans.com/

一、构建数据存储（用途：存储DB数据）
key值构建：data:[表名（如果表名比较长建议使用缩写，保证唯一即可，目的是省内存）]:[主键] ，例：data:student:1
value值构建：json字符串，例：{"id":1,"name":"张三","birth":"2000-07-07","age":17,"clazz":"高二1班","createTm":1504856483000"}

有时候，为了方便我们查看缓存是那台机器什么时候写进redis的，可在value值中加入额外的字段，例如：{"id":1,"name":"张三","birth":"2000-07-07","age":17,"clazz":"高二1班","createTm":1504856483000","hostIp":"10.118.62.53","hostTm":"2017-03-22 10:51:22"}

以下为我们写入redis的数据(key -> value)
data:student:1 -> {"id":1,"name":"张三","birth":"2000-07-07","age":17,"clazz":"高二1班","createTm":1504856483000}
data:student:2 -> {"id":2,"name":"王丽","birth":"2001-02-14","age":16,"clazz":"高二1班","createTm":1504856486000}
data:student:3 -> {"id":3,"name":"张库","birth":"2000-04-16","age":17,"clazz":"高二2班","createTm":1504856484000}
data:student:4 -> {"id":4,"name":"李四","birth":"2002-04-12","age":15,"clazz":"高一2班","createTm":1504856480000}
data:student:5 -> {"id":5,"name":"何声","birth":"2000-11-23","age":17,"clazz":"高二1班","createTm":1504856483000}

到这步，我们可以在redis中实现了select * from student where id = ?的查询
查询命令：get data:student:1

二、构建索引存储（用途：筛选数据，存储DB数据的主键，所有的索引都是为data:开头的数据的查询服务的）
1.全表查询
构建全数据索引（如可不带任何条件查询，需构建所有数据的主键索引）
key值构建：idx:[表名]，例：idx:student
value值构建：主键set集合，例：[1,2,3,4,5]

    以下为我们写入redis的数据(key -> value)
    idx:student -> [1,2,3,4,5]

到这步，我们可以在redis中实现了select * from student的查询
查询命令：sort idx:student get data:student:*

在redis分片集群中，如果data:student:x[1,2,3,4,5]与idx:student不完全在同一个集群，则不支持sort get 命令组合。查询方式可以修改为先查询idx:student的内容，遍历idx:student得到多个数据key data:student:x，再通过pipeline的方式批量获取多个key的值（pipeline可以批量执行redis命令，减少网络延迟时间）

扩展（分页查询）：
1)select * from student limit 0,3;
查询命令：sort idx:student get data:student:* limit 0 3

2.条件查询（field = ?） 设计宗旨：必填条件尽量组合起来，这样我们才能快速定位redis的key值，从而取到对应的value值，例如查询时班级是必填字段，那么就不需要idx:student这个索引了
    key值构建：idx:[表名]:[字段名]:[字段值]，例：idx:student:clazz:高二1班
    value值构建：主键set集合，例：[1,2,3]

    以下为我们写入redis的数据(key -> value)
    idx:student:clazz:高二1班 -> [1,2,5]
    idx:student:clazz:高二2班 -> [3]
    idx:student:clazz:高一2班 -> [4]

到这步，我们可以在redis中实现了select * from student where clazz = '高二1班'的查询
查询命令：sort idx:student:clazz:高二1班 get data:student:*

扩展：
1)select * from student where clazz in('高二1班','高二2班');
查询命令：
1.sunionstore temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 idx:student:clazz:高二1班 idx:student:clazz:高二2班将它们的并集存储起来，例如 temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 [1,2,3,5]
2.sort temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 get data:student:*
3.del temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 临时key使用完后记得删除

2)select * from student where clazz = '高二1班' and age = 17;
查询命令：sinterstore temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 idx:student:clazz:高二1班 idx:student:age:17 将它们的交集存储起来，例如 temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 [1,5]

    查询条件支持模糊搜索（field like ? ） 注：以下所构建的索引key无法在redis删除数据的时候移除
        key值构建：idx:[表名]:[字段名]，例：idx:student:clazz
        value值构建：字段值hash集合，hash[key:[字段值],value:[0]]，例：{{key:"高二1班",value:0},{key:"高二2班",value:0}}

        以下为我们写入redis的数据(key -> value)
        idx:student:clazz -> [{key:"高二1班",value:0},{key:"高二2班",value:0},{key:"高一2班",value:0}]

到这步，我们可以在redis中实现了select * from student where clazz like '%高二%'的查询
查询命令：
1.hscan idx:student:clazz 0 MATCH 高二取得值[高二1班,高二2班]
2.sunionstore temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 idx:student:clazz:高二1班 idx:student:clazz:高二2班将它们的并集存储起来，例如 temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 [1,2,3,5]
3.sort temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 get data:student:*
4.del temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 临时key使用完后记得删除

3.构建区间条件索引（field >= ? and field < ?）
    key值构建：idx:[表名]:[字段名]，例：idx:student:age
    value值构建：主键zset集合([value:[主键],score:[字段值]])，例：[{value:2,score:17},{value:1,score:17} ,{value:3,score:17}]

    以下为我们写入redis的数据(key -> value)
    idx:student:age -> [{value:4,score:15},{value:2,score:16},{value:1,score:17},{value:3,score:17},{value:5,score:17}]

到这步，我们可以在redis中实现了select * from student where age >= 15 and age < 17的查询
查询命令：
1.zrangebyscore idx:student:age 15 (17 取得值[4,2]
2.sadd temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 4 2 将值存储到临时key
3.sort temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 get data:student:*
4.del temp:student:64d6bf1ff8194573a65b6f26e7dc1452 临时key使用完后记得删除

数据查询准则：
1.or查询，in查询（field = ? or field = ?，filed in(?,?)），使用sunionstore求set集合的并集
2.and查询（field1 = ? and field2 = ?），使用sinterstore求set集合的交集
3.区间查询（field >= ? and field < ?），使用zrangebyscore获取区间内的主键

三、构建分值（用途：排序）
排序查询（order by field1 [desc],field2 [desc],fieldn [desc]）注：多个字段排序的情况下，字段值需做定长处理，如果无法做到，则不适合使用该方法进行排序
key值构建：score:[表名]:[字段名1]:...:[字段名n]:[主键]，例：score:student:createTm:1
value值构建：分值字符串，例：1504856483000

以下为我们写入redis的数据(key -> value)
score:student:createTm:1 -> 1504856483000
score:student:createTm:2 -> 1504856486000
score:student:createTm:3 -> 1504856484000
score:student:createTm:4 -> 1504856480000
score:student:createTm:5 -> 1504856483000

到这步，我们可以在redis中实现了select * from student order by create_tm [desc]的查询
查询命令：sort idx:student by score:student:createTm:* [desc] get data:student:*

扩展：
1)select * from student where clazz = '高二1班' order by create_tm desc;
查询命令：sort idx:student:clazz:高二1班 by score:student:createTm:* desc get data:student:*

2)select * from student order by age,create_tm;
以下为我们写入redis的数据(key -> value)
score:student:age:createTm:1 -> 171504856483000
score:student:age:createTm:2 -> 161504856486000
score:student:age:createTm:3 -> 171504856484000
score:student:age:createTm:4 -> 151504856480000
score:student:age:createTm:5 -> 171504856483000
查询命令：sort idx:student by score:student:age:createTm:* get data:student:*

在redis中，我们不仅要考虑如何将数据存储进去，还要考虑如何将数据删除。

四、构建索引记录（用途：通过主键找到该主键被记录到哪个索引集合里）
key值构建：record:[表名]:[主键]，例：score:student:1
value值构建：索引set集合，例：[idx:student,idx:student:age,idx:student:clazz:高二1班]
当我们要把score:student:1这条数据删除的时候，需要把对应的索引的1移除
执行命令：
1.srem idx:student 1
2.zrem idx:student:age 1
3.srem idx:student:clazz:高二1班 1

这样，我们的redis中才不会有垃圾数据

五、key过期策略
1.使用zset把主键，过期参照字段存储起来，例如：expire:student:createTm [{value:4,score:1504856480000},{value:1,score:1504856483000},{value:5,score:1504856483000},{value:3,score:1504856484000},{value:2,score:1504856486000}]
假如保留30天的数据，使用定时任务定期把距离当前时间30前的数据从expire:student:createTm中取出来，然后构建对应的key进行删除。

2.使用redis 键空间通知（keyspace notification），不了解的朋友可阅读http://doc.redisfans.com/topic/notification.html
键空间通知主要是使用redis 发布与订阅（pub/sub），因为我们存储在redis中的所有数据都是为data:开头的数据的查询服务的，所以我们可以把
过期时间设在data:开头的key上，例如：当data:student:1过期后，我们可以通过键空间通知回调获得data:student:1已被redis删除，从而我们

可以把主键为1相关的数据清除掉。

最后献上redis存储key截图

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