分享Redis使用全攻略:如何跳出SQL这个坑

  随着数据体积的激增,MySQL+memcache已经满足不了大型互联网类应用的需求,许多机构也纷纷选择Redis作为其架构上的补充,然而Redis的使用门槛并不低,比如不支持SQL等,这里为大家分享Redis的使用全攻略。

  Redis,备受关注的NoSQL数据库之一,已为众多知名互联网公司使用,比如新浪微博、Pinterest及Viacom。然而,天生不支持SQL却让他看起来很不容易接近,这里我们一起看@utopiar的博文——探索Redis。

  探索之一:Redis? What is it?

  简而言之,Redis是一种强大的key-value数据库,之所以强大有两点:响应速度快(所以数据内存存储,只在必要时写入磁盘),特性丰富(支持多种数据类型,以及各类型上的复杂操作)。

  事实上,Redis的一个重要特性就是它并非通常意义上的数据库,虽然称之为数据库是因为它可以为你存储和维护数据,但它并不像关系数据库那样提供任何的SQL方言。不过不用担心,Redis并不是吞噬数据的黑洞,它只是不支持SQL及相关功能,但却提供了稳健的协议用于与之交互。

  在Redis中,没有数据表的概念,也无须关心select、join、view等操作或功能,同时也不提供类似于int或varchar的数据字段。你面对的将是相对原始的数据集合及数据类型。

  探索之二:Available datatypes

  下面我们深入看下这个奇怪的数据库是如何工作的。如上所见,Redis是基于key-value范式存储数据,所以先来重点看下"key"的概念。

  key本质上就是简单的字符串,诸如"username"、"password"等。在定义key时,除了不能使用空格,你可以随意的使用普通的字符、数字等,像".",":","_"等在定义key时都能正常使用,所以像"user_name", "user:123:age", "user:123:username"都是不错的key的定义方式。

  不像RDBMS中的字段名称,这里的key是Redis中的重要组成部分,所以我们必须在处理key时多加小心。在下面的讲述中,Redis并没有table的概念,所以像"SELECT username from users WHERE user_id=123;"这种简单任务都只能换种方式实现,为了达到这种目的,在Redis上,一种方式是通过key "user:123:username"来获取结果value。如你所见,key的定义中携带了神秘信息(像user ids)。在Redis中,key的重要性可见一斑。(其他key-value数据库中key的地位也是如此。)

  现在你应该对key有了清楚的了解,下面带你进入可用的数据类型的神奇世界。

  Strings

  String是Redis中最基本的数据类型,它就是普通的二进制安全的字符串,支持最大数据长度为1Gb。

  可以通过SET命令给一个key设置String类型的数据,并可通过GET命令根据key取得结果。如果你想存储数字信息,像计数器,你也可以把它存储到String数据中,并可使用INCR和DECR对之做自增和自减操作。

  Lists

  List是string数据的集合,其中各数据项按插入顺序排列。你可以把list当作一个锁链(chain),所以可以在锁链最左边(链头)或最右边(链尾)添加一个新的链结(link);当然也可以加在锁链中间,但却要打断某个链结。

  可能通过LPUSH和RPUSH命令给list添加数据(L:left, R:right),通过LPOP或RPOP命令弹出元素(同时删除该元素),也可以通过LRANGE获取指定范围的元素(仅返回数据,不会删除任何元素)。另外也可通过LSET在指定位置添加元素,但通常这种操作比简单的LPUSH或RPUSH要慢很多。

  Hashes

  Hashes以简洁的方式存储关系更为紧密的数据。Hashes为每个存储的key实现一个内置的key-value对来存储数据,例如对于"user"这个key,它的值可以是多个字段以及与每个字符相应的值对组成数据集。如果你熟悉像ruby或javascript等编程语言,这里的hashes与那些语言中的hash概念大同小异。

  Sets

  Sets和它在数学上的同名概念"集合"意义相同,是包含不重复元素的集合。在Redis中,这些对象变成了Redis里的String类型。正如你想,sets与lists不同的地方在于:sets中的元素是无序的,并且不能重复,你不能在sets中放进两个相同的数据。

  可以通过SADD往set中添加数据,SREM删除数据,或者通过SPOP返回并删除此数据。此外还可以通过SUNION, SINTER, SDIFF命令分别实现集合上的"并集", "交集", "差集"操作。

  Ordered sets

  Ordered sets与sets类似,不同地方在于Ordered set中的每个元素都有一个权重,用于与其他元素比较并排序。

  当然ordered set与普通sets具有类似的操作,ZADD和ZREM分别是添加和删除元素。Ordered set也有自己独有的操作:ZINCR和ZSCORE,前则用于为元素的权重+1,后则则返回元素的权重值。

  探索之三:Where are my tables?

  使用Redis与我们之前使用的SQL数据表完全不同,没有语言支持你在服务器上查询数据,这里仅有一些命令帮你操作数据库中的keys值。Redis中的命令是数据类型敏感型的,也就是说你不能在list上执行set命令,否则你将得到一个执行错误的提示。可以通过redis-cli或其他你使用的编程语言中的接口给Redis server发送命令。在下面的示例中,我们只强调命令本身,而不关注你通过哪种方式提交给Redis server。

  想像一下,一个简单的SQL数据库表,像一些应用中会用到的保存用户数据的表:

  存储数据

  假如我们想把上面的数据存储到Redis中,你会如何在Redis中设计数据库方案呢?也许以应用的视觉来看会更直观一些。使用SQL,我们在SELECT中通过指定用户id来获得一个用户信息,换句话说就是需要有用于区分不同数据实体的方式,所以我们可以通过一个唯一的标识来标识和获取用户信息。所以如果在redis的key中加入用户的id信息,那么我们的查询需求就解决了,在redis中,数据被存储成如下形式:

  那么,给出任一个用户id,我们就可以通过key user:id:username,user:id:password,user:id:name,user:id:surname的形式读出用户信息。

  用户登录

  上面的存储形式也能用于用户登录,但需要一种方式能根据username来查询用户的id。也就是说我们还需要在username和id之间建立联系。这可以通过添加另外一个redis key"user:username:id"来实现。

  现在如果Mario Rossi想要登录进来,我们可以通过key"user:user2:id"先查出username,进而获得用户的所有信息。

  主键

  在Redis中如何保证id值的唯一性呢。在SQL中,可以通过"id int primary key auto_increment"定义自增主键来实现,现在我们也需要一种类似的方式为每个用户生成一个不同的id。根据前面可用的数据类型中提到的数字数据,Redis中的方案是这样的:创建一个key"user:next_id",并把它作为计数器,每当要添加新用户时,就对key"user:next_id"执行INCR命令。

  SELECT * FROM users;

  下一个面临的问题是查询用户列表。也许你认为我们上面的数据存储已经足以查询出用户列表:可以先获得"user:next_id"的当前值counter,然后通过一步或多步遍历0到counter获得用户数据。但如果某个用户从系统中删除(下面会讲到删除操作),而我们会遍历0到counter中的所有id,这时就会有些id查询不到任何数据。

  尽管这通常不是问题,但我们不想在不存在的用户数据上浪费时间,所以需要创建另外一个key"user:list",其value为list或set类型,用于存储每一个新增的用户id,并在必要的时候从"user:list"中删除该id。我更倾向于使用list,因为它可能通过LRANGE命令实现分页功能。

  删除用户

  还有一个要面临的问题是"数据完整性",看看我们在删除用户时会发生什么吧。我们需要删除每一个对此用户的引用,也就是说,需要删除下面所有的key"user:id:*","user:username:id",以及"user:list"中的用户id。

  探索之四:A Simple use case

  为了学习致用,我们尝试设计一个虚拟图书馆,并能根据主题对图书分组。下面的例子比上面的用户表会稍微复杂些,但你将学会如何在Redis中处理关联关系。

  在应用中,我们需要收集图书,并存储他们的title,author(s), topic(s), pages, price, ISBN和description。显然有些图书的作者不止一个,并且它也许会涵盖不同的主题(例如一本书可以是编程主题,也可以是描述的ruby编程)。另外一个作者可能写了很多本书,而一个主题必然会包含很多本书。可以看出,这里出现了作者和图书、主题和图书的多对多关系。

  SQL场景

  首先,我们尝试使用SQL数据表为此种场景建数据模型,以便于我们更直观的在Redis领域中模拟:

  Redis场景

  前面已经介绍了如何在Redis中存储数据,所以这里理解Books,Authors和Topics这三张表应该不成问题。但当面对Books-Authors和Book-Topics这种表之间的多对多关联时,问题变得复杂起来。下面以Topic为例来看如何解决Book与Topic之间的关联,一旦对这个关系清楚了,Book与Author之间的关系也就迎刃而解了。

  对于每本book,我们需要知道它属于哪些topics;同样对于每个topic,也要处理它包含的每本book。换句话说,对每本book,需要一个存储它所关联的topic的id列表,对于每个topic,同样需要一个存储它关联的book的id列表。这正是set大展身手的地方。我们将创建两个sets:"book:id:topic"和"topic:id:books",前者保存book的topics'id列表,后者存储topic的books'id列表。以前面SQL场景中的数据为例,图书"Programming Erlang"(books表中的id为2),将有一个key为"book:2:topics",value为set类型且数据为(1,3)的数据信息;而主题"programming"则会有一个key为"topic:1:books",值为(1,2)的数据集。

  经过分析,就得出了Redis场景下的数据模型:

  可以看出,在SQL中的多对多关联,在Redis中可以通过两个set来实现。你会发现这种实现相当有用,它给我们提供了一种可以自由获得其他信息的能力:可以通过对所有感兴趣的"topic:id:books"集合中交集操作,从而获得隶属于多个主题的图书。例如对集合"topic:1:books"(programming主题)和"topic:2:books"(ruby主题)做交集,会得到只有一个元素(1)的集合,从而获得id=1的图书:programming Ruby。

  对于这种实现,你必须特别关注对数据的删除操作。因为topics里有对books的引用,同样books里有对topics的引用,那删除如何操作?以删除books中的数据为例,首先想到的是要删除每个key为"book:id:*"的数据,但执行此操作前需要先遍历topics中的所有key为"topic:id:books"的集合,并从中删除待删除图书的id,当然也要从books中key为"book:list"的列表中删除此id。如果想删除一个topic,操作也很类似:从topics中删除所有key为"topic:id:*"信息之前,需要先遍历books中的key为"books:id:topics"的topic id集,并从中删除待删除topic的id,同时从"topic:list"列表中也删除此id。同样的操作对于authors一样适用。

  探索之五:Back home

  对于Redis的探索到一段落,现在回头看看我们的旅行包里收获了哪些精彩。

  我们学习了Redis中的数据类型及操作命令,还有一些其他有趣的东西。 是不是还有几段记忆深刻的故事呢:

  通过对String数据执行INCR命令解决唯一自增主键问题

  通过含义丰富的key:"user:username:id"处理用户登录场景

  通过set实现数据间的多对多关联

  到此为止,Redis之旅已经结束,希望未给你带来不快。最后送上一副良济:having fun coding free software!

  原文链接:http://www.cnblogs.com/enjiex/p/3618546.html

时间: 2024-08-01 14:03:14

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