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redis基本数据结构-string

article 2024/9/20 19:42:29

文章目录

    • 1. redis的string数据结构
    • 2. 常见的业务场景
      • 2.1 缓存功能
        • 案例讲解
          • 背景
          • 优势
          • 解决方案
          • 代码实现
      • 2.2 计数器
        • 案例讲解
          • 背景
          • 优势
          • 解决方案
          • 代码实现
      • 2.3 分布式锁
        • 案例讲解
          • 背景
          • 优势
          • 解决方案
          • 代码实现
      • 2.4 限流
        • 案例讲解
          • 背景
          • 优势
          • 解决方案
          • 代码实现
      • 2.5 共享session
        • 案例讲解
          • 背景
          • 优势
          • 解决方案
          • 代码实现

1. redis的string数据结构

参考链接：https://mp.weixin.qq.com/s/srkd73bS2n3mjIADLVg72A
redis 的 string 数据结构是 redis 中最基本的数据类型，它可以存储任何形式的数据，最大可以存储 512MB 的字符串。string 类型可以存储文本、数字和二进制数据等。
具有以下特性：

  1. 简单性：String 是最简单的类型，可以用来存储简单的键值对。
  2. 多样性：可以存储任意类型的数据，包括文本、数字、甚至是序列化后的对象。
  3. 原子性：对 String 的操作是原子性的，即在并发情况下操作串的安全性。

以下是一些与 String 相关的常用 Redis 命令：

  • SET key value：设置指定 key 的值。
  • GET key：获取指定 key 的值。
  • DEL key：删除指定 key。
  • EXISTS key：检查指定 key 是否存在。
  • INCR key：将 key 的值加 1。
  • DECR key：将 key 的值减 1。
  • MSET key1 value1 key2 value2 …：同时设置多个 key-value 对。
  • MGET key1 key2 …：同时获取多个 key 的值。
  • SETEX key seconds value：设置 key 的值，同时设置过期时间（以秒为单位）。
xxxxxx:6379> SET person:1 '{"name": "Alice", "age": 30, "city": "New York"}'
OK

xxxxxx:6379> get person:1
"{\"name\": \"Alice\", \"age\": 30, \"city\": \"New York\"}"

xxxxxx:6379> exists person:1
(integer) 1

xxxxxx:6379> exists person:2
(integer) 0

xxxxxx:6379> set art:122 0
OK

xxxxxx:6379> incr art:122
(integer) 1

xxxxxx:6379> get art:122
"1"

xxxxxx:6379> decr art:122
(integer) 0

xxxxxx:6379> get art:122
"0"

xxxxxx:6379> mget person:1 art:122
1) "{\"name\": \"Alice\", \"age\": 30, \"city\": \"New York\"}"
2) "0"

xxxxxx:6379> SETEX config:site 600 '{"theme": "dark", "language": "en"}'
OK

xxxxxx:6379> mget person:1 art:122 config:site
1) "{\"name\": \"Alice\", \"age\": 30, \"city\": \"New York\"}"
2) "0"
3) "{\"theme\": \"dark\", \"language\": \"en\"}"

2. 常见的业务场景

2.1 缓存功能

string类型常用于缓存经常访问的数据，如数据库查询结果、网页内容等，以提高访问速度和降低数据库的压力。一般多是用于读多写少的场景。比如，商品的价格，描述等信息，用户的资料等信息。

案例讲解
背景

在商品系统中，商品的详细信息如描述、价格、库存等数据通常不会频繁变动，但会被频繁查询。每次用户访问商品详情时，都直接从数据库查询这些信息会导致不必要的数据库负载。

优势
  1. 快速数据访问：Redis作为内存数据库，提供极速的读写能力，大幅降低数据访问延迟，提升用户体验。
  2. 减轻数据库压力：缓存频繁访问的静态数据，显著减少数据库查询，从而保护数据库资源，延长数据库寿命。
  3. 高并发支持：Redis设计用于高并发环境，能够处理大量用户同时访问，保证系统在流量高峰时的稳定性。
  4. 灵活的缓存策略：易于实现缓存数据的更新和失效，结合适当的缓存过期和数据同步机制，确保数据的实时性和一致性。
解决方案

使用Redis String类型来缓存商品的静态信息。当商品信息更新时，相应的缓存也更新或失效。
在这里插入图片描述

代码实现
package main

import (
    "context"
    "encoding/json"
    "github.com/go-redis/redis/v8"
)

var (
    rdb *redis.Client   // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
    ctx context.Context // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
)

// generateProductCacheKey generates the cache key for the product.
func generateProductCacheKey(productID string) string {
    return "product:" + productID
}

// cacheProductInfo caches the product information in Redis.
func cacheProductInfo(productID string, productInfo map[string]interface{}) {
    cacheKey := generateProductCacheKey(productID)
    // 序列化商品信息为JSON格式
    productJSON, _ := json.Marshal(productInfo)
    // 将序列化后的商品信息存储到Redis===> set product:apple {"name":"apple","price":100, "description":"a nice apple"}
    rdb.Set(ctx, cacheKey, string(productJSON), 0) // 0表示永不过期，实际使用时可以设置过期时间
}

// getProductInfoFromCache gets the product information from Redis.
func getProductInfoFromCache(productID string) (map[string]interface{}, error) {
    cacheKey := generateProductCacheKey(productID)
    // 从Redis获取商品信息
    productJSON, err := rdb.Get(ctx, cacheKey).Result() // get product:apple
    if err != nil {
       return nil, err
    }
    if len(productJSON) == 0 {
       // 未在缓存中找到商品信息, 需要从数据库中获取, 同时更新缓存
       return nil, nil
    }
    // 反序列化JSON格式的商品信息
    var productInfo map[string]interface{}
    err = json.Unmarshal([]byte(productJSON), &productInfo)
    if err != nil {
       return nil, err
    }
    return productInfo, nil
}

func updateProductInfoAndCache(productID string, newProductInfo map[string]interface{}) {
    // 更新数据库中的商品信息

    // 更新Redis缓存中的商品信息
    cacheProductInfo(productID, newProductInfo)
}

在日常实践中，感觉这里还是会有一点小问题：

  1. 如果是在商品信息插入，对于一个新商品可能缓存肯定是不存在的，如果某一个商城大量上新新产品，这个时候如果流量大量进来，是否会造成缓存击穿的情况？因此对于这种插入情况多基本没更新的时候，上面的流程可能有点问题。
  2. 在用户查询商品信息的时候，如果存在大量缓存失败的情况，也会导致数据库崩溃的情况，所以在日常实践中，如果在redis中查询不到，那可以直接返回。因此在写入的时候需要双写；且要异步数据同步。定义一个定时任务，每隔一段时间将数据库的信息增量同步到redis，一天全量同步一次。商品信息插入的时候双写。
package main

import (
    "context"
    "encoding/json"
    "fmt"
    "github.com/go-redis/redis/v8"
)

var (
    rdb *redis.Client   // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
    ctx context.Context // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
)

// generateProductCacheKey generates the cache key for the product.
func generateProductCacheKey(productID string) string {
    return "product:" + productID
}

// cacheProductInfo caches the product information in Redis.
func cacheProductInfo(productID string, productInfo map[string]interface{}) {
    cacheKey := generateProductCacheKey(productID)
    // 序列化商品信息为JSON格式
    productJSON, _ := json.Marshal(productInfo)
    // 将序列化后的商品信息存储到Redis===> set product:apple {"name":"apple","price":100, "description":"a nice apple"}
    rdb.Set(ctx, cacheKey, string(productJSON), 0) // 0表示永不过期，实际使用时可以设置过期时间
}

// getProductInfoFromCache gets the product information from Redis.
func getProductInfoFromCache(productID string) (map[string]interface{}, error) {
    cacheKey := generateProductCacheKey(productID)
    // 从Redis获取商品信息
    productJSON, err := rdb.Get(ctx, cacheKey).Result() // get product:apple
    if err != nil {
       return nil, err
    }
    // 反序列化JSON格式的商品信息
    var productInfo map[string]interface{}
    err = json.Unmarshal([]byte(productJSON), &productInfo)
    if err != nil {
       return nil, err
    }
    return productInfo, nil
}

func updateProductInfoAndCache(productID string, newProductInfo map[string]interface{}) {
    // 三个步骤如果有任何一个步骤失败，都需要回滚
    // 更新数据库中的商品信息
    // 更新Redis缓存中的商品信息
    cacheProductInfo(productID, newProductInfo)
    // 查一遍缓存，确保缓存中的商品信息已经更新
    info, err := getProductInfoFromCache(productID)
    if err != nil {
       // 处理错误
    }
    // 处理info
    fmt.Printf("product info: %v\n", info)
}

// 补充一个定时任务，可以使用crontab, 方便管理也可以使用airflow等工具

2.2 计数器

利用INCR和DECR命令，String类型可以作为计数器使用，适用于统计如网页访问量、商品库存数量等 。

案例讲解
背景

对于文章的浏览量的统计，每篇博客文章都有一个唯一的标识符（例如，文章ID）。每次文章被访问时，文章ID对应的浏览次数在Redis中递增。可以定期将浏览次数同步到数据库，用于历史数据分析。在这里插入图片描述

优势
  • 实时性：能够实时更新和获取文章的浏览次数。
  • 高性能：Redis的原子操作保证了高并发场景下的计数准确性。
解决方案

通过Redis实现对博客文章浏览次数的原子性递增和检索，以优化数据库访问并实时更新文章的浏览统计信息。

代码实现
package main

import (
    "context"
    "errors"
    "fmt"
    "github.com/go-redis/redis/v8"
    "log"
    "strconv"
)

var (
    rdb *redis.Client   // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
    ctx context.Context // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
)

// recordArticleView 记录文章浏览次数
func recordArticleView(articleID string) {
    res, err := rdb.Incr(ctx, articleID).Result()
    if err != nil {
       // 如果发生错误，记录错误日志
       log.Printf("Error incrementing view count for article %s: %v", articleID, err)
       return
    }
    // 可选：记录浏览次数到日志或进行其他业务处理
    fmt.Printf("Article %s has been viewed %d times\n", articleID, res)
}

// getArticleViewCount 从Redis获取文章的浏览次数
func getArticleViewCount(articleID string) (int, error) {
    // 从Redis获取文章的浏览次数
    viewCount, err := rdb.Get(ctx, articleID).Result()
    if err != nil {
       if errors.Is(err, redis.Nil) {
          // 如果文章ID在Redis中不存在，可以认为浏览次数为0
          return 0, nil
       } else {
          // 如果发生错误，记录错误日志
          log.Printf("Error getting view count for article %s: %v", articleID, err)
          return 0, err
       }
    }
    // 将浏览次数从字符串转换为整数
    count, err := strconv.Atoi(viewCount)
    if err != nil {
       log.Printf("Error converting view count to integer for article %s: %v", articleID, err)
       return 0, err
    }
    return count, nil
}

// renderArticlePage 渲染文章页面，并显示浏览次数
func renderArticlePage(articleID string) {
    // 在渲染文章页面之前，记录浏览次数
    recordArticleView(articleID)

    // 获取文章浏览次数
    viewCount, err := getArticleViewCount(articleID)
    if err != nil {
       // 处理错误，例如设置浏览次数为0或跳过错误
       viewCount = 0
    }
    log.Printf("Rendering article %s with view count %d\n", articleID, viewCount)
}

2.3 分布式锁

分布式锁：通过SETNX命令（仅当键不存在时设置值），String类型可以实现分布式锁，保证在分布式系统中的互斥访问 。

案例讲解
背景

在分布式系统中，如电商的秒杀活动或库存管理，需要确保同一时间只有一个进程或线程可以修改共享资源，以避免数据不一致的问题。
在这里插入图片描述

优势
  1. 互斥性：确保同一时间只有一个进程可以访问共享资源，防止数据竞争和冲突。
  2. 高可用性：分布式锁能够在节点故障或网络分区的情况下仍能正常工作，具备自动故障转移和恢复的能力。
  3. 可重入性：支持同一个进程或线程多次获取同一个锁，避免死锁的发生。
  4. 性能开销：相比于其他分布式协调服务，基于Redis的分布式锁实现简单且性能开销较小。
解决方案

使用Redis的SETNX命令实现分布式锁的获取和释放，通过Lua脚本确保释放锁时的原子性，并在执行业务逻辑前尝试获取锁，业务逻辑执行完毕后确保释放锁，从而保证在分布式系统中对共享资源的安全访问。

代码实现
package main

import (
    "context"
    "github.com/go-redis/redis/v8"
    "log"
    "strconv"
    "time"
)

var (
    rdb *redis.Client   // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
    ctx context.Context // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
)

// 尝试获取分布式锁
func tryGetDistributedLock(lockKey string, val string, expireTime int) bool {
    // 使用SET命令结合NX和PX参数尝试获取锁
    // NX表示如果key不存在则可以设置成功
    // PX指定锁的超时时间（毫秒）
    // 这里的val是一个随机值，用于在释放锁时验证锁是否属于当前进程
    result, err := rdb.SetNX(ctx, lockKey, val, time.Duration(expireTime)*time.Millisecond).Result()
    if err != nil {
       // 记录错误，例如：日志记录
       log.Printf("Error trying to get distributed lock for key %s: %v", lockKey, err)
       return false
    }
    // 如果result为1，则表示获取锁成功，result为0表示锁已被其他进程持有
    return result
}

// 释放分布式锁, 这里的val是一个随机值，用于在释放锁时验证锁是否属于当前进程
func releaseDistributedLock(lockKey string, val string) {
    // 使用Lua脚本来确保释放锁的操作是原子性的
    script := `
        if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then
            return redis.call("del", KEYS[1])
        else
            return 0
        end
    `
    // 执行Lua脚本
    result, err := rdb.Eval(ctx, script, []string{lockKey}, val).Result()
    if err != nil {
       // 记录错误
       log.Printf("Error releasing distributed lock for key %s: %v", lockKey, err)
    }
    // 如果result为1，则表示锁被成功释放，如果为0，则表示锁可能已经释放或不属于当前进程
    if result == int64(0) {
       log.Printf("Failed to release the lock, it might have been released by others or expired")
    }
}

// 执行业务逻辑，使用分布式锁来保证业务逻辑的原子性
func executeBusinessLogic(lockKey string) {
    val := generateRandomValue()                    // 生成一个随机值，作为锁的值
    if tryGetDistributedLock(lockKey, val, 30000) { // 尝试获取锁，30秒超时
       defer releaseDistributedLock(lockKey, val) // 无论业务逻辑是否成功执行，都释放锁
       // 执行具体的业务逻辑
       // ...
    } else {
       // 未能获取锁，处理重试逻辑或返回错误
       // ...
    }
}
// generateRandomValue 生成一个随机值作为锁的唯一标识
func generateRandomValue() string {
    return strconv.FormatInt(time.Now().UnixNano(), 10)
}

2.4 限流

限流：使用EXPIRE命令，结合INCR操作，可以实现API的限流功能，防止系统被过度访问

案例讲解
背景

一个在线视频平台提供了一个API，用于获取视频的元数据。在高流量事件（如新电影发布）期间，这个API可能会收到大量并发请求，这可能导致后端服务压力过大，甚至崩溃。
在这里插入图片描述

优势
  1. 稳定性保障：通过限流，可以防止系统在高负载下崩溃，确保核心服务的稳定性。
  2. 服务公平性：限流可以保证不同用户和客户端在高并发环境下公平地使用服务。
  3. 防止滥用：限制API的调用频率，可以防止恶意用户或爬虫对服务进行滥用。
解决方案
  1. 请求计数：每次API请求时，使用INCR命令对特定的key进行递增操作。
  2. 设置过期时间：使用EXPIRE命令为计数key设置一个过期时间，过期时间取决于限流的时间窗口（例如1秒）。
  3. 检查请求频率：如果请求计数超过设定的阈值（例如每秒100次），则拒绝新的请求或进行排队。
代码实现
package main

import (
    "context"
    "github.com/go-redis/redis/v8"
    "log"
    "time"
)

var (
    rdb *redis.Client   // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
    ctx context.Context // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
)

// 伪代码：API限流器
func rateLimiter(apiKey string, threshold int, timeWindow int) bool {
    currentCount, err := rdb.Incr(ctx, apiKey).Result()
    if err != nil {
       log.Printf("Error incrementing API key %s: %v", apiKey, err)
       return false
    }

    // 如果当前计数超过阈值，则拒绝请求
    if int(currentCount) > threshold {
       return false
    }

    // 重置计数器的过期时间
    _, err = rdb.Expire(ctx, apiKey, time.Duration(timeWindow)).Result()
    if err != nil {
       log.Printf("Error resetting expire time for API key %s: %v", apiKey, err)
       return false
    }

    return true
}

// 在API处理函数中调用限流器
func handleAPIRequest(apiKey string) {
    if rateLimiter(apiKey, 100, 1) { // 限流阈值设为100，时间窗口为1秒
       // 处理API请求
    } else {
       // 限流，返回错误或提示信息
    }
}

2.5 共享session

在多服务器的Web应用中，用户在不同的服务器上请求时能够保持登录状态，实现会话共享。

案例讲解
背景

考虑一个大型电商平台，它使用多个服务器来处理用户请求以提高可用性和伸缩性。当用户登录后，其会话信息（session）需要在所有服务器间共享，以确保无论用户请求到达哪个服务器，都能识别其登录状态。

优势
  1. 用户体验：用户在任何服务器上都能保持登录状态，无需重复登录。
  2. 系统可靠性：集中管理session减少了因服务器故障导致用户登录状态丢失的风险。
  3. 伸缩性：易于扩展系统以支持更多服务器，session管理不受影响。
解决方案

使用Redis的String类型来集中存储和管理用户session信息。

  • 存储Session：当用户登录成功后，将用户的唯一标识（如session ID）和用户信息序列化后存储在Redis中。
  • 验证Session：每次用户请求时，通过请求中的session ID从Redis获取session信息，验证用户状态。
  • 更新Session：用户活动时，更新Redis中存储的session信息，以保持其活跃状态。
  • 过期策略：设置session信息在Redis中的过期时间，当用户长时间不活动时自动使session失效。
代码实现
package main

import (
    "context"
    "encoding/json"
    "github.com/go-redis/redis/v8"
    "strconv"
    "time"
)

var (
    rdb *redis.Client   // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
    ctx context.Context // 为了表现代码的完整性，这里省略了初始化代码
)

// 伪代码：用户登录并存储session
func userLogin(username string, password string) (string, error) {
    // 验证用户名和密码

    // 创建session ID
    sessionID := generateSessionID()

    // 序列化用户信息
    userInfo := map[string]string{"username": username}
    serializedInfo, err := json.Marshal(userInfo)
    if err != nil {
       // 处理错误
       return "", err
    }

    // 存储session信息到Redis，设置过期时间
    err = rdb.Set(ctx, sessionID, string(serializedInfo), time.Duration(30)*time.Minute).Err()
    if err != nil {
       // 处理错误
       return "", err
    }

    return sessionID, nil
}

// 伪代码：从请求中获取并验证session
func validateSession(sessionID string) (map[string]string, error) {
    // 从Redis获取session信息
    serializedInfo, err := rdb.Get(ctx, sessionID).Result()
    if err != nil {
       // 处理错误或session不存在
       return nil, err
    }

    // 反序列化用户信息
    var userInfo map[string]string
    err = json.Unmarshal([]byte(serializedInfo), &userInfo)
    if err != nil {
       // 处理错误
       return nil, err
    }

    return userInfo, nil
}

// 伪代码：生成新的session ID
func generateSessionID() string {
    return strconv.FormatInt(time.Now().UnixNano(), 36)
}

http://www.kler.cn/news/304323.html

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