Redis（一）原理与基本使用

一、Redis的核心概念

1. 概念

   Redis就是分布式缓存，也可以理解成进程外的缓存。

   如图：

   

二、Redis的应用场景

• 应用场景

  主要是应用在集群系统中。

  • 单体项目就没必要用分布式缓存，使用本地缓存就可以；如图：

    

    当客户端发起请求到系统，系统先去到本地缓存查询数据，没有查询到数据则到数据库查询，将查到的数据保存到本地缓存在返回到客户端；当第二次请求到系统，系统先去到本地缓存查询数据，则将缓存中的数据返回到客户端【第一次请求已经将数据保存到本地缓存中】；那他本地缓存的命中率为 50%；

  • 使用本地缓存做分布式会有缓存命中率下降缺陷；如图：

    

    客户端发起请求到Nginx，Nginx将请求代理到系统1，系统1查看本地缓存没有符合条件的数据，再到数据库获取数据存到本地缓存再返回到客户端；当客户端在一次发起请求到Nginx，Nginx将请求代理到系统2，系统2查看本地缓存没有符合条件的数据，再到数据库获取数据存到本地缓存再返回到客户端，那么发起了两次请求都没有到本地缓存中获取到数据，那它缓存命中率为 0/2=0；缓存命中率下降那就表明整体查询性能下降。

  • 解决缓存命中率的方案

    将缓存数据集中到一起，使用Redis分布式缓存，如图：

    

三、Redis的项目落地

• 条件

  • Demo项目

  • Redis 【在linux中部署】

    • Linux安装

      #安装 wget 命令
      yum -y install wget
      #下载
      wget http://download.redis.io/releases/redis-6.2.6.tar.gz
      #解压
      tar xzf redis-6.2.6.tar.gz
      #进入解压文件夹
      cd redis-6.2.6
      #安装 gcc
      yum install gcc
      #编译
      make
      #进入解压后的src目录，运行服务
      src/redis-server
      

• Demo 项目配置

  • 步骤

    1. 安装Redis Nuget包

       StackExchange.Redis
       

    2. 定义一个扩展类

       public static IServiceCollection AddRedis(this IServiceCollection serviceCollection) 
               {
                   ConnectionMultiplexer connectionMultiplexer = ConnectionMultiplexer.Connect("IP:端口");
                   serviceCollection.AddSingleton(connectionMultiplexer);  
                   return serviceCollection;    
               }
       

    3. StateUp类注册【写了个扩展方法】

       services.AddRedis();
       

    4. Redis 存储和获取

       //注入
       public readonly ConnectionMultiplexer connectionMultiplexer; 
       public HomeController(ConnectionMultiplexer _connectionMultiplexer)
       { 
         connectionMultiplexer = _connectionMultiplexer;
       }
       // 获取Redis值
       obj = connectionMultiplexer.GetDatabase(0).StringGet(Key).ToString();
       //存储Redis值  Key:Value
       connectionMultiplexer.GetDatabase(0).StringSet(Key, Value);
       

    5. Redis 存储集合

       //获取Redis是否存在
       RedisValue[] redisValues = connectionMultiplexer.GetDatabase(0).SetMembers("list");
        //Redis中不存在此数据
        if (redisValues.Length == 0)
       {
       //数据库中获取
        list = demoDbContext.Set<User>().ToList();
        List<RedisValue> rvList = new List<RedisValue>();
        foreach (User user in list)
        {
           obj = JsonConvert.SerializeObject(user);
           rvList.Add(obj);
        }
        //将数据添加到Redis中
         connectionMultiplexer.GetDatabase(0).SetAdd("list", rvList.ToArray());       
        } 
       

    6. Redis Hash字典存储

       使用场景：对数据库某个字段做修改或者某个int字段数据加一

       //获取HASH字段中的数据
        connectionMultiplexer.GetDatabase(0).HashGet(类型, key).ToString();
        if (string.IsNullOrEmpty(obj))
        {
          //到数据库获取数据
          u = demoDbContext.Set<User>().Where(p => p.useid == useid).FirstOrDefault();
          //将数据添加到Redis Hash字典中
          connectionMultiplexer.GetDatabase(0).HashSet(类型, key,Value);
          //设置过期时间
          connectionMultiplexer.GetDatabase(0).KeyExpire(类型,TimeSpan.FromSeconds(10));
       
         }
         //字典中的Value值加1
         connectionMultiplexer.GetDatabase(0).HashIncrement(类型, key);
       

    7. Redis 事务

       //查询获取值
       connectionMultiplexer.GetDatabase(0).HashGet(类型, key).ToString();
       //创建事务
       ITransaction transaction = connectionMultiplexer.GetDatabase(0).CreateTransaction();
       //添加值
       transaction.HashSetAsync(类型, key, value);
       //修改值
       // transaction.HashSetAsync(类型, key,修改后Value);
       //提交事务
        bool commit = transaction.Execute();
       

    8. Redis 批量存储数据

        //创建批量对象
         var bach = connectionMultiplexer.GetDatabase(0).CreateBatch();
         //获取数据
         List<User> list = new List<User>();
         list = demoDbContext.user.ToList();
         //批量添加
         for (int i = 0; i < list.Count; i++)
         {
           bach.HashSetAsync("bach_User_"+i, "state", list[i].usestate);
         }
         //数据提交
         bach.Execute();
       

    9. Redis集合排序

       //获取数据
       RedisValue[] rv = connectionMultiplexer.GetDatabase(0).SetMembers("User");
        if (rv.Length == 0)
        {
          list = demoDbContext.Set<User>().ToList();
          List<RedisValue> rvList = new List<RedisValue>();
          //批量添加数据
          foreach (User u in list) 
          {
             var  data = JsonConvert.SerializeObject(u);  
             rvList.Add(data);
              //数据排序
              connectionMultiplexer.GetDatabase(0).SortedSetAdd("User", data, u.usestate);  // User :key  data:Value值  u.usestate：排序字段  升序
         } 
       

    10. Redis分页查询

         List<User> list = new List<User>();
         //获取分页数据  100为行数，1为页数
         RedisValue[] rv = connectionMultiplexer.GetDatabase(0).SetScan("User",100,0,1).ToArray();
         if (rv.Length == 0)
           {
              list = demoDbContext.Set<User>().ToList();
              List<RedisValue> rvList = new List<RedisValue>();
              foreach (User u in list) 
              { 
                 var  data = JsonConvert.SerializeObject(u); 
                 rvList.Add(data); 
               }
               //添加数据到Redis中
              connectionMultiplexer.GetDatabase(0).SetAdd("User", rvList.ToArray());
            }
        

四、Redis的通信原理

Redis处理事件的简单模型：多路复用机制【一个线程处理多个连接】【订阅发布机制】;

• 原理

  默认通过Socket协议建立连接的，服务端通过Socket的经过四层，在通过链路层再经过四层到达Redis建立连接；链路层【硬件层面】收到请求后，操作系统【生产者】通过同步转换成异步将请求发给事件收集器【MQ】然后Redis【订阅者】用一个线程通过轮询的方式处理事件，这就是多路复用机制。

  Redis做的三件事：

  1、建立连接

  2、存储数据到本地缓存

  3、持久化数据到文件中（开启新线程）

  如图：

  

五、Redis的数据结构原理

• 原理

  Redis 建立连接后，通过接口将数据存储到内存中。

  如图：
  

• 数据持久化

  • 目的

    为了防止数据丢失。默认存放在AOP 文件中。

• Redis Set原理图

  数组+HASH表，如图：

  

  HASH的作用：防止数据重复，使用HASH碰撞。

• Redis HASH字典原理

  数组+HASH表+单项列表。

  • 原理

    字典存储的字段经过hash得到一个数组的索引，根据索引将key \ value存储到数组中，如果得到的索引已经存在key\value 了，不会覆盖掉，会形成一个单项链表的形式继续存储。

    如图：

    

  • 缺陷

    完全基于内存，会导致内存溢出。不适合存储海量数据。