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[Redis] Redis 資料結構 - String

前言

Redis 是熱門且開源的資料庫，以記憶體為主(in-memory)進行資料存取，並以鍵值 (key-value) 的形式存放資料庫內。

由於資料是基於記憶體進行讀寫，記憶體讀取的速度較一般硬碟來得快！Redis 這項優勢被廣泛地運用在大型系統裡做資料快取，加快整體系統效能，不僅有助於提高系統回應的速度，同時能減少關聯式資料庫的工作量(前面 Redis 可以應付使用者送來的請求，就不需要再到後方主資料庫讀取資料)。

Redis 本身提供多種資料結構，如: Strings, List, Set, Hash, Sorted Set 等。

常見服務應用:

  • 快取：借助記憶體高效能讀取的快取方式，減少硬碟 I/O 的延遲時間，在大型的分散式系統裡幾乎是後端快取的首選。
  • 流量 & 速率限制：有些搶票系統為避免短時間流量暴增，會在系統裡面採用 Redis 做統計，讓網站或線上服務可以視流量狀況作自動化的調整。
  • 排行榜功能：常見於電商、遊戲裡的排行榜活動，藉由 Redis 高效讀取資料的優勢達成近乎即時更新資料，實現即時排名的功能，後續有篇關於 Sorted Set 的文章會討論到！

了解 Redis 常見的用途後，接著進入本篇討論重點: Redis 資料結構 - Strings

什麼是 Strings？

STRING

Strings 是 Redis 最基礎的儲存型態，一個鍵(key)對一個值(value)，可存放任何形式的資料 e.g. JPEG 圖片或已序列化的物件等，官方提示最大可以儲存 512 MB 的資料量

接著來看常見的幾個 Redis 支援對 String 的操作吧！

SET

SET STRING

SET 指令後方的必填項目分別是 key 名稱、key 的值，成功新增時會回傳 OK，規則如下：

1
SET key value [EX seconds|PX milliseconds|EXAT unix-time-seconds|PXAT unix-time-milliseconds|KEEPTTL] [NX|XX] [GET]

範例 - 新增一個 key & value:

新增名為 test 的 key 且值為 test key

1
2
// set 指令新增
set test "test key"

取得 key 對應的值: get <key_name> 

1
2
3
4
5
// 取得 test key 的值
get test

// 回傳
"test key"

若 set 指令指定的 key 已存在，則會 覆寫 掉原本的 key 值

Options for Set

Set 指令後面可以添加額外的參數達成不同的需求，擷取幾個常用的:

  • EX(in seconds): 設置 key 的存續時間(TTL)，到期後自動從 redis 刪除(回傳 nil)，單位以 秒 計算。常見用法： 儲存 user 登入的 session
  • NX: 指定的 key 只有原本不存在 redis 時才可設置，若 key 已存在則回傳 nil
  • XX: 指定的 key 只有已存在 redis 時才可設置，若 key 不存在則回傳 nil

Sample
查看當前擁有的 key：

1
keys *

Output:

1
2
3
4
5
1) "test2"
2) "jsondata"
3) "test"
4) "test1"
5) "test3"

接著於 Set 指令後方加上個別參數做比較。

範例：設置新 key 名為 test4，且值為 4

  • EX:
    設置 exkey 並給定 TTL 為 5 秒
    1
    set exkey "test ex key" EX 5

    5 秒之後自動從 Redis 刪除
  • NX:
    1
    2
    3
    4
    5
    sample 1:
    set test1 4 nx

    sample 2:
    set test4 4 nx
    回傳結果為 (nil) 表不符合指令裡的 XX 參數條件，反之則成立
  • XX:
    1
    2
    3
    4
    5
    sample 1:
    set test4 4 xx

    sample 2:
    set test1 4 xx
    回傳結果為 (nil) 表不符合指令裡的 XX 參數條件，反之則成立

APPEND

如果 key 已經存在並且是字串(string)，想在該 key 的值後面添加新的字串可用 APPEND 指令完成，該指令的回傳值為: 更新後的字串總長度

範例:
設置一個名為 greeting 的 key，其當前值為 "Hello"

1
2
3
set greeting Hello

get greeting

透過 APPEND 指令添加新的值 " World" 到 greeting 裡

1
2
3
APPEND greeting " World"

get greeting

Output:

1
"Hello World"


回傳值的字串總長度為: 11

INCR && INCRBY

若想將存於 key 裡的數字做加法，可透過 INCR 或是 INCRBY 指令完成。 Ref: INCR、Ref: INCRBY

INCR 與 INCRBY 兩者差異在於：

  • INCR 每次增加的值為 1
  • INCRBY 可指定增加的值

若是 key 原本不存在於 Redis 而執行 INCR 與 INCRBY 指令， 指令執行前，Redis 會生成 key 之後給定預設值為 0，再執行 INCR 與 INCRBY 指令。

INCR 語法如下:

1
incr <key>

下方範例會看到原不存於 Redis 的 testkey，執行 INCR 指令後得到的結果為 1

這是因為 Redis 先產生 testkey 並給該 key 的值為 0，接著再進行INCR 指令對 testkey +1 。

INCRBY 也是類似的概念，語法如下:

1
incrby <key> <increment>

其中 <increment> 為想要增加的值

範例： 將名為 score 的 key 值加 3


原 score 值為 2，執行 incrby score 3 指令後，得到的結果為 (integer) 5

注意:
由於 Redis 沒有專用的數值型別，所以存在 Redis 裡的字串是以 10 為底的 64 位元形式做處理。

Note: this is a string operation because Redis does not have a dedicated integer type. The string stored at the key is interpreted as a base-10 64 bit signed integer to execute the operation.

DECR && DECRBY

Ref: DECR、Ref: DECRBY

與 INCR && INCRBY 相似，運算方式由加法改為減法，使用方法相同。

MSET

Ref: MSET

前述 SET 指令皆是針對單一個 key 做設置，若想要一次設置多個 key，可用 MSET 來達成。

語法：

1
MSET key value [ key value ...]

範例：
同時建立 key1, key2 兩個 key 並給值 “Hello”, “World”

1
MSET key1 "Hello" key2 "World"

透過 MGET 同時取得 key1, key2 兩個 key 的值

1
2
3
4
5
> MGET key1 key2

> Output
1) "Hello"
2) "World"

注意:
MSET 具有關連式資料庫的 **原子性(Atomicity)**，其中一個 key 改動失敗時整個操作就會宣告失敗，故同個操作裡面涉及多個 key 改動時，不會發生只有一部分的 key 變動的情形。

Note: MSET is atomic, so all given keys are set at once. It is not possible for clients to see that some of the keys were updated while others are unchanged.

MSETNX

Ref: MSETNX

MSETNX 是 MSET 與前述 NX 的結合，表 MSETNX 指定的 key 只能是原本不存在 Redis 裡的情況下才能建立。

若 MSETNX 指定的 key 皆不存在 Redis 時，回傳值為 (integer) 1，反之，只要有一個以上指定的 key 已經存於 Redis 時，回傳值為 (integer) 0

語法：

1
MSETNX key value [ key value ...]

範例：

1
MSETNX key3 "k3" key4 "k4"

key3, key4 原不存在 Redis 裡，執行 MSETNX 後回傳結果為 (integer) 1，若再重複執行一次則會得到 (integer) 0 的結果

若嘗試用 key5 替代 key3 同時保留 key4 執行 MSETNX，由於 key4 先前已存在 Redis，故回傳結果一樣是 (integer) 0

用 GET 檢查 key5 可發現 key5 沒有被寫入 Redis 裡面，證明剛剛提到 MSET 具有原子性

GETRANGE

Ref: GETRANGE
從 key 裡提取某段字串，可用 GETRANGE 來完成。

語法：

1
GETRANGE key <start> <end>
  • <start> 起始位置(從0開始)
  • <end> 終點位置(-1 表字串的末端)

範例：
提取 range key 裡所有的值

1
2
3
SET range hello

GETRANGE range 0 -1

其他範例:

1
2
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15
> GETRANGE range 0 3

> Output
> "hell"


> GETRANGE range -3 -1

> Output
> "llo"

> GETRANGE range 0 1000

> Output
> "hell0"

SETEX

Ref: SETEX

用於設置具有時效性的 key

語法:

1
SETEX key seconds value

設置 exkey 並給定 TTL 為 5 秒

1
setex exkey 5 "test ex key"


5 秒之後自動從 Redis 刪除

SETRANGE

Ref: SETRANGE

用於覆寫被指定的 key 內容，該指令會從指定的偏移量開始，覆寫整個值

語法：

1
SETRANGE key <offset> <value>
  • <offset> 表偏移量

範例：
設置 k1 的值為 “hello world!”

1
SET k1 "hello world!"

目標是將後面的 world 替換成 Redis，故於偏移量設定為 6 (w 開頭的位置)

1
setrange k1 6 Redis

Output:

1
"hello Redis!"

STRLEN

Ref: STRLEN

計算存於 key 裡的值的長度，回傳結果為該字串的總長度

語法：

1
STRLEN key

總結

前面探討了幾個 Redis 裡常見對 String 的操作，以及不同情境下可使用的方式，下篇將討論 Redis 資料結構 - List

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