Redis数据结构之string应用场景解析

英国弗兰明曾说过一句话：“不要等待运气降临，应该去努力掌握知识。”

1 前言

大家好，我是阿沐！对于redis大家是最熟悉不过了，作为缓存界的使用率一直遥遥领先。基本上整个互联网无论大小公司使用redis占绝大部分，那么很多人使用它，那就是只是使用它，对于它的使用场景并没有去理会太多(能用就行)，这篇文章来讲讲redis的基础数据结构string。

Redis有五种基础数据结构如下： string(字符串) 、 hash(哈希又叫字典) 、 set(集合又可叫无序集合) 、 zset(有序集合) 、 list(列表) 。这五种数据结构涵盖了整个redis的知识点，它是redis最重要却也是最 基础的知识点 。当然，你也会在面试中经常遇到redis这些基础知识，三连问：它的使用场景？它的坑在哪里？如何解决？那么下面阿沐将会使用面试官与面试者的角色一一的进行问答讲解！

2 面试开场心里状态

面试官：一个带着眼镜的年轻面试官(26,27岁)缓慢从原来走过来，手里拿着我的简历，边走边看，然后时不时抬头望向我这边。

面试者：“哎呦，，，别再看我了，我就是一个一年经验的小菜鸟，看的我心发慌，腿直抖。他会问我啥呢，我该怎么流畅的回答呢？心里嘀嘀咕咕， 真的我还是只是一个孩子啊 ，面试官放过我吧，简单点来。”

面试官：“来到面试会议室坐在我对面”。简单的介绍下自己吧？

面试者：你好面试官，我叫阿沐，河南人，毕业于郑州大学。目前工作半年，上家公司是广州xxx公司，担任后端开发工程师，主要负责搜素，购物车，产品模块等。业余时间喜欢xxxx(省略200字)......

面试官：嗯呢，看了你的简历，那么我们简单聊聊redis，看你上面写的项目大部分都是跟redis相关连。就说一说redis的string类型的一些常用的基础指令吧！

3 面试开始直进主题了

这不是小菜一碟嘛，难不住我，easy：

1. 相关描述:string是数据结构中比较简单的一种，通常是以key和value的形式存储，它内部存储是一个字符数组形式。Redis字符串的最大长度是512M，并且的存储是动态的(意味着可以随时修改它本身的值)，每次分配内存时会高出实际字符串的length,这样采用 预分配冗余空间方式来减少内存的频繁分配 。




2. 常使用命令：

set - 设置key的值；若key存在，覆盖旧值无视类型，成功返回OK(注意大写OK，很多框架封装返回的值改变了，不要被误导了)
get - 获取指key值；若key不存在，返回nil(不是null,不要搞错)
mset - 同set一致，批量设置键值对，减少网络开销
mget - 同get一致，批量获取键值对，减少网络开销
incr - key值+1，不存在则先set后incr，返回integer切记值必须能标识为数字
incrby - 同incr一致，多出一个指定数字增量值
decr - 同incr原理一致，操作方式变为了减法
decrby - 同incrby原理一致，操作方式变为了减法
strlen - 获取长度len，若不存在返回0，类型为integer
setnx - 设置key值，若key不存在，则返回1，否则返回0。(若场景需要设置过期时间，不推荐使用这个命令，网络波动情况下，有可能setnx成功，expire却失败了，不是原子操作)
setex - 设置key值及过期时间，若key已存在，则替换旧值覆盖。(若需要set值且需设置过期时间且要求较高必须要有过期时间，推荐使用这个命令，设置key值+过期时间是原子操作，要么成功要么失败)
append - 对key值进行末尾追加数据，返回值是字符串长度

面试官：微微点点头，心里说道：“哎呦，功课做得挺足的哦，对使用和注意点了解的这么清楚，来自面试官的肯定，加分”。

4 string的使用场景

面试者：就知道你会问我使用场景，还好我准备的比较充足，是时候表现真正的技术啦！面带表情开始一本经常的介绍到： 计数 、 缓存基础数据 、 限制请求次数 、 分布式下共享session 、 签到 等等，那么我按照这些场景介绍下用法。

4.1 缓存基础数据

例如缓存登录用户的基本的缓存数据(建议hash存储，这里只是举例)，用户登录成功之后，可以将用户基础数据组装json字符串设置到缓存，用户请求查询缓存层来加速读写性能降低mysql查询的压力。若用户更新则对应的刷新同步缓存，如果用户表数据字段较多，可以分成冷热数据分别存储，降低key的大小，减少网络额外开销。

// 实例化redis
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
//echo "Server is running: " . $redis->ping();
$member_info = [
'member_id' => 1001,
'member_nickname' => '我是阿沐',
'member_email' => 'lw1772363381@163.com',
'member_phone' => '12345678998',
'member_qq' => '2511221051@qq.com',
'member_level' => 120,
];
$key = sprintf('member:info:id:%u', $member_info['member_id']);
$expire = 60;
// 设置缓存并且60s过期
$result = $redis->set($key, json_encode($member_info), $expire);
//$redis->set($key, json_encode($member_info), ['nx', 'ex' => 60]);
if (!$result) {
exit( "额，设置失败了");
}
echo "哇喔，设置成功了";
-- 终端 get
127.0.0.1:6379> get member:info:id:1001
"{\"member_id\":1001,\"member_nickname\":\"\\u6211\\u662f\\u963f\\u6c90\",\"member_email\":\"lw1772363381@163.com\",\"member_phone\":\"12345678998\",\"member_qq\":\"2511221051@qq.com\",\"member_level\":120}"
127.0.0.1:6379> get member:info:id:1001
(nil) -- 记住无数据返回nil

4.2 计数器

计数功能常用于统计某一个页面的访问数据量，例如：我之前是在电商公司工作，产品会经常让我们做活动 页面的浏览量 以及活动内的产品详情打开量，通过 pv数据分析 活动中哪些产品受众。当然也会统计产品详情页 视频的点击量 ，以及开放api的每天调用总次数等等场景。迅速在纸上手写代码：

// 实例化redis
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
//echo "Server is running: " . $redis->ping();
$key = sprintf('product:detail:pid:%u', 12345);
$result = $redis->incr($key);
// $result php中返回的是布尔类型 true or false
//redis终端
127.0.0.1:6379> incr product:detail:pid:12345
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get product:detail:pid:12345
"2"

4.3 限制请求次数

限制访问次数，这个一般用来控制某一图谋不轨的人利用非正常手动 刷接口 或者 恶意破坏我们的系统服务 ，对于一些比较敏感，比较重要的接口做上限流措施。例如：网站使用手机号注册，一般公司短信发送是使用第三方，是要给钱的，心疼啊！点一次就是1毛钱。心在滴血。尽管客户端做了校验限制，但是避免不了抓包模拟请求，这个时候我们需求对这些用户或者IP地址进行限流请求，使用incr+expire结合处理。手撕伪代码如下：

// 实例化redis
$redis = new Redis();
$redis->connect('127.0.0.1', 6379);
//echo "Server is running: " . $redis->ping();
$key = sprintf('member:login:phone:count:%u', 12345678998);
$maxCount = 10;
// 获取当前key是否有生存时间 -2未设置key -1 key 存在未设置过期时间
$ttl = $redis->ttl($key);
if ($ttl > 0) {
$times = $redis->get($key);
if ($times >= $maxCount) return true;
$result = $redis->incr($key);
if ($result) return true;
} else {
$result = $redis->set($key, 1, 60);
if ($result) return true;
}
return false;

4.4 分布式共享session

面试者：“心里暗暗庆幸着，还好我在上家公司有实习了解过，不然真的要死翘翘了“。开始吹牛皮了：系统最开始时由于用户量小一般都是 单机器支撑 ，用户登录之后存储在 session (服务器文件存储)中，那么当随着我们的业务越来越大，用户量激增到上百万，这个时候我们有单机变成了集群，使用了 ngxin做负载均衡 ，将各个用户的请求都会被负载到各个服务器上，用来分摊机器压力，保证服务稳定。

这个时候会发现用户登录时请求随机到了某一台机器，这个时候生成了session文件，但是在用户访问其他页面又被随机到其他服务器这个时候拿不到session，就会被拦截用户登录请求，就导致用户可能要登录很多次。那这样肯定不行呀，非常不友好的用户体验会被的狗血淋头。

那么这个时候分布式缓存就可以解决这个问题啦。用Redis将用户的Session信息进行集中的管理，每次用户登录信息都从Redis中集中获取，这样完美的解决了这一问题。我们可以设置php.ini:

session.save_handler = redis -- 保存方式
session.save_path ="tcp://127.0.0.1:6379" -- 保存路径

面试官：”这家伙准备的这么充分，头头是道的，条理清晰。看来我得给他加点调料了，戳戳锐气“。面试官说道：请问负载均衡集群中的session解决方案除了使用redis管理session，还有哪些方案可以使用呢?

面试者：”心里暗香：吆喝，这是跟我杠上了，问的差不多不就行了，还非要深入去问；我这一年多经验的人，就对我这么狠，求求你饶过小弟吧！不过我初生不怕牛犊，我就是刚“。恩，既然您问到这一块了，那我也就对号入座了，说下我自己了解到的吧：

其实除了session使用redis存储这一方案，我们还可以考虑权衡一下方案：

1. session会话保持- 意思是保证用户每次请求都在同一台机器上




2. session会话复制- 意思是把每个应用服务器中的session信息复制同步到其它服务器节点

4.4-1 session会话保持

-1、一般使用nginx负载均衡中的upstream中的一种分配方式ip_hash或者url_hash(需要额外install) 原理就是：将用户的每一个请求ip地址hash结果集进行分配到固定一台服务器请求，这样就可以保证用户一直处于登录状态。例如下面配置：

upstream bakend { -- bakend是upstream的名称，也是proxy_pass反向代理的地址
ip_hash;
server 192.168.0.1:80;
server 192.168.0.2:80;
server 192.168.0.3:80;
}

2、使用haproxy做负载均衡的Session保持，有三种方式：

• ① 类似nginx的ip_hash识别算法




• ② COOKIE 识别，haproxy在用户第一次访问的后在浏览器插入一个COOKIE，用户下一次访问的时候浏览器就会带上这个COOKIE给Haproxy，进行识别分析




• ③ haproxy将后端服务器产生的session和后端服务器标识存在haproxy中的一张表里，请求时先查询这张表进行识别(感兴趣的可以自行谷歌查阅haproxy)

会话保持的缺点：

1、负载均衡无用武之地：本身面对 大流量、高并发、我们使用nginx做负载均衡，降低服务压力 ；那么会话保持显然摒弃了这一点优势，每个用户规定请求某台机器，可能会出现多台机器资源空缺浪费，而部分机器压力负载过大，倾向于单机时代。

2、无法根据解决session问题：若某台服务器突然宕机或者超时链接不上，那么nginx的高可用则会踢出这台机器，请求会被重新分配到其他机器，导致用户要重新登录，这体验度简直不要不要的，差评。

4.4-1 session会话复制

会话复制是一种服务机制，用于复制存储在不同实例的会话中的数据。主要是指在集群环境下， 多台服务器之间同步session文件数据 ，保持所有机器上的session一致，对外透明。如果用户登录之后，请求被随机分配到任何一台机器都能通过session会话拿到登录信息，或者某台机器服务故障宕机， nginx负载均衡调度器会遍历可以使用的节点 ，分发其他机器请求。但是session已完成同步，不会影响用户再次登录。

不推荐使用原因：session的会话复制会带来额外的性能损失，一旦session中存在比较大的对象，会导致同步缓存，性能消耗上升。

最后总结

面试者：面试官你好，上面说的这些就是我在项目中经常使用的字符串类型，并且还有它的使用场景以及场景分析和出现的问题以及解决方案。

面试官：嗯嗯，可以看出来redis的基础知识还是很扎实的，常使用命令的一些分析的很好，也很仔细。看出来你在日常工作中善于积累，" 来自面试官的一个肯定的眼神 "。那么我们来继续下一个问题（等待下一章节）...

从上面的面试情况来分析，基本上常使用的一些指令都涵盖到以及使用的场景介绍；并非一定是这样使用，只是我们在实际使用string类型指令要考量我们的场景，根据用户量或者其他方面来决定使用的类型，考量设置的数据量，太大影响性能消耗；那么我们下一章节继续。

宫崎骏曾说过一句话：“遇见的都是天意，拥有的都是幸运，不完美又何妨，万物皆有裂痕，那是光照进来的地方”；我们学习亦是如此，唯有面试官虐我千百遍，我才能待面试官如初恋；不完美才有提升的机会。

好了，我是阿沐，一个不想30岁就被淘汰的打工人 :fuelpump:️ :fuelpump:️ :fuelpump:️ 。