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深入探索Java开发世界：Redis~类型分析大揭秘

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深入探索Java开发世界：Redis~类型分析大揭秘

Redis数据库基础知识，类型知识点梳理~

一、数据结构类型

Redis是一种基于内存的开源键值对存储系统，支持多种数据结构类型。

  1. String（字符串）- 特点：- 最基本的数据类型。- 可以存储任何形式的字符串，包括二进制数据。- 最大值为512MB。- 常用命令：- SET key value：设置键值。- GET key：获取键值。- INCR key / DECR key：对值进行原子递增/递减操作。- APPEND key value：追加字符串。- 使用场景：- 缓存：将常用的数据存储在Redis中以提高访问速度。- 计数器：如网站访问量统计、点赞数等。- 会话存储：保存用户登录状态和信息。- 分布式锁
  2. List（列表）- 特点：- 有序的字符串集合。- 可以从两端推入和弹出元素（双向链表）。- 常用命令：- LPUSH key value / RPUSH key value：从左/右插入元素。- LPOP key / RPOP key：从左/右弹出元素。- LRANGE key start stop：获取指定范围内的元素。- 使用场景：- 消息队列：实现简单的生产者 - 消费者模式。- 最新消息列表：如社交媒体的动态更新。- 任务队列：后台任务调度。
  3. Set（集合）- 特点：- 无序的字符串集合。- 集合中的元素是唯一的。- 常用命令：- SADD key member：添加元素。- SREM key member：删除元素。- SMEMBERS key：获取所有元素。- SINTER key1 key2：求交集。- SUNION key1 key2：求并集。- SDIFF key1 key2：求差集。- 使用场景：- 标签系统：如文章标签。- 共同好友：计算用户之间的共同好友。- 唯一性保证：如注册用户的唯一标识。
  4. Sorted Set（有序集合）- 特点：- 有序的元素集合，每个元素附带一个分数。- 元素根据分数排序。- 常用命令：- ZADD key score member：添加元素及其分数。- ZRANGE key start stop [WITHSCORES]：按排名获取元素。- ZREM key member：删除元素。- ZRANK key member：获取元素的排名。- 使用场景：- 排行榜：游戏积分榜、竞赛排名等。- 优先级队列：任务调度，根据优先级处理任务。- 范围查询：如获取一定范围内的高分用户。
  5. Hash（哈希表）- 特点：- 键值对集合。- 适合存储对象。- 常用命令：- HSET key field value：设置字段的值。- HGET key field：获取字段的值。- HGETALL key：获取所有字段和值。- HDEL key field：删除字段。- 使用场景：- 对象存储：存储用户信息、商品信息等。- 缓存对象：避免序列化和反序列化操作。
  6. HyperLogLog- 特点：- 基数估算法。- 用于快速估算集合的基数（不重复元素的数量）。- 占用内存非常小（每个HyperLogLog数据结构占用12KB内存）。- 常用命令：- PFADD key element：添加元素。- PFCOUNT key：返回基数估算结果。- 使用场景：- 独立总数统计：如网站的独立访客数、点击量等。
  7. Bitmap- 特点：- 位数组。- 用于记录布尔值（0或1）。- 常用命令：- SETBIT key offset value：设置位的值。- GETBIT key offset：获取位的值。- BITCOUNT key [start end]：统计特定位范围内1的数量。- 使用场景：- 签到系统：记录用户每日签到情况。- 用户在线情况：记录用户在线时长。- 大规模布尔值存储：如A/B测试组的分配。
  8. Geospatial（地理位置）- 特点：- 存储地理位置数据。- 提供半径查询、距离计算等功能。- 常用命令：- GEOADD key longitude latitude member：添加地理位置。- GEORADIUS key longitude latitude radius unit：查询指定半径内的成员。- GEODIST key member1 member2 unit：计算两个成员之间的距离。- 使用场景：- 附近的人/店：社交应用、电子商务应用的地理位置查询。- 路线规划：计算距离和路径优化。
  9. Streams- 特点：- 日志数据结构。- 支持消费组，可以实现消费者分组。- 常用命令：- XADD key * field value [field value ...]：添加日志条目。- XRANGE key start end：按范围获取条目。- XREAD COUNT count STREAMS key ID：读取新条目。- XGROUP CREATE key groupname id：创建消费组。- 使用场景：- 日志收集：实时日志收集和处理。- 消息队列：复杂的消息队列系统，支持多消费者。- 事件溯源：记录和回放事件。

二、分布式锁类型

使用分布式锁时，要考虑锁的超时时间、锁的可重入性、锁的安全性等方面的问题，以确保系统的正确性和性能。

Redis中的分布式锁类型：

  1. 基于SETNX命令的分布式锁： - 实现：利用Redis的原子性操作，通过SETNX命令来实现锁的获取，当某个客户端成功地将一个特定的键设置为锁时，其他客户端无法再设置该键，从而实现分布式锁的效果。- 优点：简单、易于实现。- 缺点：存在死锁问题，因为如果持有锁的客户端在执行完业务逻辑之前出现异常或者宕机，锁将永远得不到释放。- 解决方案： - 引入看门狗机制：通过为获取到锁的客户端设置一个过期时间，并使用一个后台线程（即看门狗）来监控锁的状态，确保锁在业务处理完成之后能够自动释放。- 原理：即使持有锁的客户端异常退出或宕机，由于锁设置了过期时间并且看门狗会不断更新锁的过期时间，其他客户端在一定时间内仍然能够获取到锁。
  2. 基于Redlock算法的分布式锁： - 实现：Redlock算法是由Redis的作者提出的一种分布式锁算法，它通过在多个独立的Redis实例上加锁来实现分布式锁。- 具体实现过程：获取当前时间戳、尝试在多个实例上加锁、验证大多数实例是否成功加锁、如果大多数实例成功加锁则表示获取锁成功，否则表示获取失败。- 优点：相对较为安全，能够避免单点故障导致的死锁问题。- 缺点：实现相对复杂，需要确保各个Redis实例的时间同步。
  3. 使用Redisson实现分布式锁： - 原理：Redisson实现的分布式锁利用了Redis的特性，并且内置了看门狗机制，并且Redisson内部已经处理好了看门狗机制。当你获取到锁后，Redisson会启动一个后台线程，周期性地延长锁的过期时间（每隔10秒），确保锁在持有期间不会因为过期而被自动释放。这个机制有效地防止了因意外长时间持锁导致的死锁问题。- 实现步骤： - 客户端尝试获取锁时，设置一个带有过期时间的键值对（即锁），并给该键设置一个适当的过期时间，一般可以使用SET key value PX milliseconds NX命令来实现。- 在获取锁成功后，启动一个后台线程（即看门狗），不断延长锁的过期时间以防止锁过早释放。- 在业务处理完成后，客户端主动释放锁，通过DEL key命令删除锁的键。- 实现流程：

（1）引入Redisson的依赖。

<dependency><groupId>org.redisson</groupId><artifactId>redisson</artifactId><version>3.16.3</version></dependency>

（2）配置Redisson客户端。

importorg.redisson.Redisson;importorg.redisson.api.RedissonClient;importorg.redisson.config.Config;publicclassRedissonConfig{publicstaticRedissonClientcreateClient(){Config config =newConfig();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");returnRedisson.create(config);}}

（3）通过Redisson客户端来获取和释放分布式锁。

importorg.redisson.api.RLock;importorg.redisson.api.RedissonClient;publicclassDistributedLockExample{publicstaticvoidmain(String[] args){RedissonClient redissonClient =RedissonConfig.createClient();// 获取名为 "myLock" 的锁RLock lock = redissonClient.getLock("myLock");try{// 尝试获取锁，等待时间为100秒，如果获取成功，则持有锁10秒if(lock.tryLock(100,10,TimeUnit.SECONDS)){try{// 锁获取成功，执行需要加锁的业务逻辑System.out.println("锁定成功，执行业务逻辑");}finally{// 释放锁
                    lock.unlock();}}else{System.out.println("未能获取到锁");}}catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();}finally{
            redissonClient.shutdown();}}}

使用分布式锁场景：

  • 控制对共享资源的访问：例如限制对数据库的并发访问，保证数据的一致性。
  • 防止重复操作：例如在订单支付时，需要防止用户重复支付同一笔订单。
  • 避免缓存击穿：通过加锁避免大量并发请求同时穿透缓存直接请求数据库。

三、事物命令类型

Redis中的事务是一组命令的原子性操作，可以保证这组命令要么全部执行成功，要么全部失败。Redis事务使用

MULTI、EXEC、DISCARD和WATCH

等命令进行控制。

Redis事务命令类型：

  1. MULTI命令：开始事务。
  2. MULTI和EXEC之间：可以执行多个命令，这些命令会被放入一个队列中，而不是立即执行。
  3. EXEC命令：提交事务，Redis会按照顺序执行队列中的命令，如果所有命令都执行成功，事务成功提交；否则，事务失败。
  4. DISCARD命令：取消事务，清空事务队列中的所有命令。
  5. WATCH命令：监视一个或多个键，如果在事务执行期间被监视的键发生了变化，事务将被中断。

Redis事务使用场景：

  1. 原子性操作：Redis事务可以确保一组操作的原子性，要么全部执行成功，要么全部失败回滚。这对于需要执行多个命令才能完成的操作非常有用，例如购买商品时同时减少库存、记录订单等操作可以放在一个事务中。
  2. 批量操作：Redis事务可以将多个命令一次性发送给服务器执行，减少网络延迟开销。通过将多个操作放在一个事务中，可以提高性能和效率。
  3. 乐观锁机制：通过WATCH命令和事务结合，可以实现乐观锁机制。在操作某个键之前，先通过WATCH命令监视该键，如果在执行事务期间该键的值被修改，则事务执行失败。可以利用这个特性实现乐观锁来保证并发操作的一致性。
  4. 批量写入缓存：在某些场景下，需要将多个键值对同时写入Redis缓存中，保证数据的一致性。使用事务可以将这些写入命令放入队列中，然后一次性执行，避免了在执行过程中被其他操作干扰。
  5. 实现简单的队列：通过将任务放入队列中，然后使用事务和BRPOP命令可以实现简单的队列功能。多个客户端可以并发地将任务推入队列，然后通过事务的方式一次性取出多个任务进行处理。

Redis事物使用Demo：

importredis.clients.jedis.Jedis;importredis.clients.jedis.Response;importredis.clients.jedis.Transaction;publicclassRedisTransactionExample{publicstaticvoidmain(String[] args){// 使用Jedis库连接Redis服务器Jedis jedis =newJedis("localhost",6379);// 开启事务Transaction transaction = jedis.multi();// 将多个命令添加到事务中
        transaction.set("key1","value1");
        transaction.set("key2","value2");// 执行事务，并返回执行结果Response<String> response1 = transaction.get("key1");Response<String> response2 = transaction.get("key2");// 执行事务// 在事务中，命令并不会立即执行，而是放入队列中等待exec()命令执行
        transaction.exec();// 获取执行结果String value1 = response1.get();String value2 = response2.get();System.out.println("Value of key1: "+ value1);System.out.println("Value of key2: "+ value2);// 关闭连接
        jedis.close();}}

ps：Redis事务并不是严格的ACID事务，它没有提供隔离级别和回滚日志等特性。在Redis事务中，如果某个命令执行失败，后续的命令仍然会继续执行，而不会回滚到事务开始之前的状态，对于强一致性要求较高的场景，Redis事务可能不适用。

四、事物三大特性类型

Redis事务适用于对数据一致性要求较低但需要确保操作顺序的场景。对于更复杂的事务管理和更高的数据一致性要求，可能需要考虑使用关系型数据库或其他解决方案。

  1. 单独隔离操作 - 特性描述： - Redis事务中的所有命令都会被依次执行，中间不会插入其他客户端的命令。- 这意味着在一个事务中，一系列命令要么全部执行，要么全部不执行，不存在部分执行的情况。- 使用场景： - 计数器操作：确保多个增减操作在同一时间点的原子性。例如，某个文章的点赞数同时被多个用户点击时，通过事务确保计数器的正确性。- 集合操作：对集合进行批量操作时，确保整个操作的原子性和一致性。- 代码Demo：
importredis.clients.jedis.Jedis;importredis.clients.jedis.Transaction;publicclassRedisTransactionExample{publicstaticvoidmain(String[] args){Jedis jedis =newJedis("localhost");// 开启事务Transaction transaction = jedis.multi();try{// 将多个命令打包到一个事务中
            transaction.incr("counter");
            transaction.rpush("queue","message1");
            transaction.set("key1","value1");// 执行事务
            transaction.exec();}catch(Exception e){
            e.printStackTrace();// 处理事务执行失败的情况，放弃事务
            transaction.discard();}finally{
            jedis.close();}}}
  1. 没有隔离级别的概念 - 特性描述： - Redis事务中的命令是按照顺序串行执行的，不存在并发访问数据的情况，因此也就不存在传统数据库中的隔离级别（如读已提交、可重复读、幻读等）。- 使用场景： - 简单的读写操作：避免复杂的并发控制需求，确保单一客户端在事务期间的数据操作不被其他客户端干扰。- 确保顺序性：在需要严格顺序执行的操作场景下，事务提供了一种方便的实现方式。- 代码Demo：
importredis.clients.jedis.Jedis;importredis.clients.jedis.Transaction;publicclassRedisTransactionExample{publicstaticvoidmain(String[] args){Jedis jedis =newJedis("localhost");// 开启事务Transaction transaction = jedis.multi();try{// 将多个命令按顺序打包到一个事务中
            transaction.set("key1","value1");
            transaction.set("key2","value2");
            transaction.incr("counter");// 执行事务
            transaction.exec();}catch(Exception e){
            e.printStackTrace();// 处理事务执行失败的情况，放弃事务
            transaction.discard();}finally{
            jedis.close();}}}
  1. 不保证原子性 - 特性描述： - 虽然Redis事务将多个命令打包成一个执行单元，但它并不完全保证原子性。- 如果在事务执行过程中出现了错误，事务中已执行的命令不会回滚，而是会继续执行未执行的命令。- 使用场景： - 批量更新操作：在需要更新多个键值对的场景下，事务可以简化代码逻辑，尽管不能完全保证原子性，但通过合理的错误处理可以满足业务需求。- 数据一致性要求不高的操作：例如日志记录、缓存更新等，即使部分命令执行失败，也不会对整体系统造成巨大影响。- Java代码示例：
importredis.clients.jedis.Jedis;importredis.clients.jedis.Transaction;publicclassRedisTransactionExample{publicstaticvoidmain(String[] args){Jedis jedis =newJedis("localhost");// 开启事务Transaction transaction = jedis.multi();try{// 将多个命令打包到一个事务中
            transaction.set("key1","value1");
            transaction.incr("counter");// 故意引入错误的命令（例如对不存在的哈希字段进行递增）
            transaction.hincrBy("nonexistent_hash","field",1);// 执行事务
            transaction.exec();}catch(Exception e){
            e.printStackTrace();// 处理事务执行失败的情况，放弃事务
            transaction.discard();}finally{
            jedis.close();}}}

无论世界如何纷扰，心中有梦，便有了方向
标签： java redis 机器学习
本文转载自: https://blog.csdn.net/qq_51601665/article/details/140045691
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