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引言

作为一个高效简单的内存数据库，Redis有哪些具体应用场景？

PS：本系列开始于“黄健宏”老师的老本著作《Redis设计与实现》、《Redis应用实例》。
我从问题的角度做了总结与拓展，前面几篇内容更偏向设计思想与机制总结。
阿里有出过《Redis最佳实践》，里面有更多的企业级应用实例，也推荐看看。

Redis自己是怎么介绍的？

在官网上，Redis有对自己的数据结构做介绍的同时并介绍用法，如下：

String字符串

Redis String可以用于存储字节序列，包括文本、序列化对象和二进制数组。注意值不能大于512MB。默认情况下，单个 Redis 字符串的最大大小为 512 MB。

• set 命令有 nx 与 xx选项
  nx：要求key不存在才会成功
  xx：要求key存在才会成功
  

• 作为计数器使用
  Redis的String可以作为一个原子增量使用，如下：

提供incr命令以原子方式将存储在给定键中的计数器增加 1。INCRBY 原子递增（并在传递负数时递减）存储在给定键处的计数器。

JSON

Redis 开源版的 JSON 功能为 Redis 提供了 JavaScript Object Notation (JSON) 支持。它允许您在 Redis 数据库中存储、更新和检索 JSON 值，就像处理任何其他 Redis 数据类型一样。

没什么示例应用，跳过。

Lists

Redis 列表是字符串值的链表。Redis 列表经常用于：

• 实现栈和队列
  LPUSH 将一个新元素添加到列表头部； RPUSH 添加到列表尾部。
  LPOP 从列表头部移除并返回一个元素； RPOP 执行相同操作，但移除的是列表尾部元素。
  LLEN 返回列表的长度。
  LMOVE 原子性地将元素从一个列表移动到另一个列表。
  LRANGE 从列表中提取一个元素范围。
  LTRIM 将列表缩减为指定的元素范围。
  列表还支持多个阻塞命令：
  BLPOP 从列表头部移除并返回一个元素。如果列表为空，该命令会阻塞，直到有元素可用或直到指定的超时时间到达。
  BLMOVE 原子地将元素从源列表移动到目标列表。如果源列表为空，该命令会阻塞，直到有新元素可用。
  

• 构建后台工作系统的队列管理
  比如在生产者——消费者模式中，其中生产者将项目推入列表，消费者（通常是工作进程）消费这些项目并执行操作。
  例子： Twitter 社交网络将用户发布的最新推文存入 Redis 列表中。

• 作为限制列表
  在许多使用场景中，我们只想用列表来存储最新的项目，无论它们是什么：社交网络更新、日志或其他任何内容。
  Redis 允许我们使用列表作为一个有上限的集合，只记住最新的 N 个项目，并使用 LTRIM 命令丢弃所有最旧的项目。
  LTRIM 命令与 LRANGE 命令类似，但它不是显示指定的元素范围，而是将这个范围设置为新的列表值。给定范围之外的元素都会被移除。
  例如，如果你正在将自行车添加到维修列表的末尾，但只想关注列表中最长的 3 个项目：
  

Sets

是一个无序的唯一字符串（成员）的集合。
SADD 向集合中添加一个新成员。
SREM 从集合中移除指定的成员。
SISMEMBER 测试一个字符串是否属于集合。
SINTER 返回两个或多个集合共有的成员集合（即交集）。
SCARD 返回集合的大小（也称为基数）。

常用于：

• 跟踪唯一项（例如，跟踪访问特定博客文章的所有唯一 IP 地址）
• 表示关系（例如，具有给定角色的所有用户的集合）
• 执行交集、并集和差集等常见集合操作

比如存储比赛的自行车集合。
登记操作：

检查操作,bike:2 只存在于bikes:racing:france

bike:1 两个集合都存在。SINTER命令查看交集。

Hashes

Redis 哈希是记录类型，结构为字段-值对的集合。你可以使用哈希来表示基本对象，以及存储计数器分组等。
每个哈希可以存储高达 4,294,967,295 (2^32 - 1) 个字段-值对。在实际应用中，你的哈希受限于承载 Redis 部署的虚拟机的总内存。

Sorted Sets

有序集合是一个由唯一字符串（成员）组成的集合，这些成员按关联的分数排序。当多个字符串具有相同的分数时，这些字符串会按字典序排序。
常用于以下场景：

• 排行榜
  可以使用 sorted sets 轻松维护大型在线游戏中最高分数的有序列表。

# 添加/更新玩家得分
ZADD game:xyz:leaderboard 1500 "player1"
ZADD game:xyz:leaderboard 2200 "player2"
ZADD game:xyz:leaderboard 1800 "player3"# "player1" 得分增加 300
ZINCRBY game:xyz:leaderboard 300 "player1" # player1 score becomes 1800# 获取得分最高的 Top 3 玩家 (降序)
ZREVRANGE game:xyz:leaderboard 0 2 WITHSCORES# 获取 "player2" 的排名 (0-based, 降序)
ZREVRANK game:xyz:leaderboard "player2"

• 速率限制器
  可以使用一个 sorted set 来构建滑动窗口速率限制器，以防止过多的 API 请求。

Bitmaps

本质上是字符串，但可以对字符串的任意位进行操作（0或1）。非常节省空间，适合大规模布尔型数据。由于字符串是二进制安全的字节数组，且其最大长度为 512 MB，因此它们适合设置多达 2^32 个不同的位。
核心操作： SETBIT, GETBIT, BITCOUNT, BITPOS, BITOP (AND, OR, XOR, NOT)

• 签到与统计

# 用户ID为1000的用户在某天签到 (假设1000是bit的偏移量)
# key: daily_checkin:2023-10-27
SETBIT daily_checkin:2023-10-27 1000 1
SETBIT daily_checkin:2023-10-27 1005 1# 检查用户ID为1000是否签到
GETBIT daily_checkin:2023-10-27 1000# 统计当天签到总人数
BITCOUNT daily_checkin:2023-10-27# 统计连续3天都签到的用户 (需要BITOP AND)
# SETBIT daily_checkin:2023-10-26 1000 1
# SETBIT daily_checkin:2023-10-25 1000 1
# BITOP AND连续3天签到 daily_checkin:2023-10-27 daily_checkin:2023-10-26 daily_checkin:2023-10-25
# BITCOUNT 连续3天签到

等等……
基本上都是从数据结构的特性出发做应用。这里放一个官网地址https://redis.io/docs/latest/develop/data-types/

常见Redis应用

缓存

在微服务架构中，我们往往需要一个线程安全的共享存储来作为缓存使用。目的是提升性能与降低数据源压力。
在权衡内存后，一些热点数据、读多写少的数据都可以使用缓存来提升性能。
作为缓存时，其按照命中与使用情况常常有3类问题：

• 缓存穿透
  缓存未命中，请求到数据源。
  缓存穿透主要是需要防范不正常请求，如数据库一般肯定没有的user:id -999。
  需要在应用层对查询数据做过滤限制，或者为无效请求缓存一个短期结果。

• 缓存击穿
  缓存未命中，请求到数据源。但是请求是有效的。
  一般发生在热点数据上。需要给热点数据续时间或者设置永不过期。
  或者给热点数据的数据源请求加互斥操作。只要能实现给数据源降压的效果都行。

• 缓存雪崩
  雪崩意味着同一时间大量问题。在缓存这里就是同一时间缓存都失效。
  应对方法有给缓存设置不同的随机失效时间。热点数据不过期、讲热点数据分散在不同缓存数据库等。

分布式锁

Redis本省是线程安全的+String有nx操作。所以Redis String很适合用来作为分布式锁。