yaclty/Java-Interview-Guide
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[refractor] redis数据结构部分内容重构完善

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docs/database/Redis/images/redis/redis-list.drawio Normal file
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@ -0,0 +1 @@
<mxfile host="Electron" modified="2020-07-27T06:27:52.340Z" agent="5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_4) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) draw.io/13.4.5 Chrome/83.0.4103.122 Electron/9.1.0 Safari/537.36" etag="dsqbsLB26jrO3YkREjOb" version="13.4.5" type="device"><diagram id="tTBfL0GptSJyUtbD2ZoE" name="Page-1">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</diagram></mxfile>

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@ -1,28 +1,6 @@
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- [参考](#参考)
*正式开始 Redis 之前，我们先来回顾一下在 Java 后端领域，有哪些可以用来当做缓存。*
@ -30,7 +8,7 @@
*先来聊聊本地缓存，这个实际在很多项目中用的蛮多，特别是单体架构的时候。数据量不大，并且没有分布式要求的话，使用本地缓存还是可以的。*
常见的单体架构图如下，我们使用 Nginx 来做负载均衡，部署两个相同的服务到服务器，两个服务使用同一个数据库，并且使用的是本地缓存。
常见的单体架构图如下，我们使用 **Nginx** 来做**负载均衡**，部署两个相同的服务到服务器，两个服务使用同一个数据库，并且使用的是本地缓存。
![单体架构](./images/redis/单体架构.png)
@ -70,8 +48,8 @@
再来分析一下本地缓存的局限性：
1. 本地缓存对分布式架构支持不友好，比如同一个相同的服务部署在多台机器上的时候，各个服务之间的缓存是无法共享的，因为本地缓存只在当前机器上有。
2. 容量跟随服务器限制明显。
1. **本地缓存对分布式架构支持不友好**，比如同一个相同的服务部署在多台机器上的时候，各个服务之间的缓存是无法共享的，因为本地缓存只在当前机器上有。
2. **本地缓存容量受服务部署所在的机器限制明显。** 如果当前系统服务所耗费的内存多，那么本地缓存可用的容量就很少。
使用分布式缓存之后，缓存部署在一台单独的服务器上，即使同一个相同的服务部署在再多机器上，也是使用的同一份缓存。 并且，单独的分布式缓存服务的性能、容量和提供的功能都要更加强大。
@ -79,7 +57,7 @@
### 分布式缓存有哪些常见的技术选型方案呢？
分布式缓存的话，使用的比较多的主要是 Memcached 和 Redis。不过，现在基本没有看过还有项目使用 Memcached 来做缓存，都是直接用 Redis。
分布式缓存的话，使用的比较多的主要是 **Memcached** 和 **Redis**。不过，现在基本没有看过还有项目使用 **Memcached** 来做缓存，都是直接用 **Redis**。
Memcached 是分布式缓存最开始兴起的那会，比较常用的。后来，随着 Redis 的发展，大家慢慢都转而使用更加强大的 Redis 了。
@ -87,19 +65,19 @@ Memcached 是分布式缓存最开始兴起的那会，比较常用的。后来
### 简单介绍一下 Redis 呗！
简单来说 Redis 就是一个 C 语言开发的数据库，不过与传统数据库不同的是 Redis 的数据是存在内存中的，所以读写速度非常快，因此 Redis 被广泛应用于缓存方向。
简单来说 **Redis 就是一个使用 C 语言开发的数据库**，不过与传统数据库不同的是 **Redis 的数据是存在内存中的** ，也就是它是内存数据库，所以读写速度非常快，因此 Redis 被广泛应用于缓存方向。
另外，除了做缓存之外，Redis 也经常用来做分布式锁，甚至是消息队列。
另外，**Redis 除了做缓存之外，Redis 也经常用来做分布式锁，甚至是消息队列。**
Redis 提供了多种数据类型来支持不同的业务场景。Redis 还支持事务 、持久化、Lua 脚本、多种集群方案。
**Redis 提供了多种数据类型来支持不同的业务场景。Redis 还支持事务 、持久化、Lua 脚本、多种集群方案。**
### 说一下 Redis 和 Memcached 的区别和共同点
现在公司一般都是用 Redis 来实现缓存，而且 Redis 自身也越来越强大了！了解 Redis 和 Memcached 的区别和共同点，有助于我们在做相应的技术选型的时候，能够做到有理有据！
现在公司一般都是用 Redis 来实现缓存，而且 Redis 自身也越来越强大了！不过，了解 Redis 和 Memcached 的区别和共同点，有助于我们在做相应的技术选型的时候，能够做到有理有据！
**共同点** ：
1. 都是基于内存的缓存。
1. 都是基于内存的数据库，一般都用来当做缓存使用。
2. 都有过期策略。
3. 两者的性能都非常高。
@ -150,7 +128,7 @@ Redis 提供了多种数据类型来支持不同的业务场景。Redis 还支
一般像 MySQL这类的数据库的 QPS 大概都在 1w 左右（4核8g） ，但是使用 Redis 缓存之后很容易达到 10w+，甚至最高能达到30w+（就单机redis的情况，redis 集群的话会更高）。
> QPS（Query Per Second）：服务器每秒可以执行的查询次数；
> QPS（Query Per Second）：服务器每秒可以执行的查询次数；
所以，直接操作缓存能够承受的数据库请求数量是远远大于直接访问数据库的，所以我们可以考虑把数据库中的部分数据转移到缓存中去，这样用户的一部分请求会直接到缓存这里而不用经过数据库。进而，我们也就提高的系统整体的并发。
@ -169,63 +147,220 @@ Redis 内部使用文件事件处理器 `file event handler`，这个文件事
### Redis 常见数据结构以及使用场景分析
#### 1.String
#### String
> **常用命令:** set,get,decr,incr,mget 等。
1. **介绍** ：String 数据结构是简单的 key-value 类型。虽然Redis是用C语言写的，但是Redis并没有使用C的字符串表示，而是自己构建了一种 **简单动态字符串**（simple dynamic string，**SDS**）。相比于C的原生字符串，Redis的SDS不光可以保存文本数据还可以保存二进制数据，并且获取字符串长度复杂度为O(1)（C字符串为O(N)）,除此之外,Redis的SDS API是安全的，不会造成缓冲区溢出。
2. **常用命令:** `set,get,strlen,exists,dect,incr,setex` 等等。
3. **应用场景** ：一般常用在需要计数的场景，比如用户的访问次数、热点文章的点赞转发数量等等。
String 数据结构是简单的 key-value 类型，value 其实不仅可以是 String，也可以是数字。
常规 key-value 缓存应用；
常规计数：微博数，粉丝数等。
下面我们简单看看它的使用！
#### 2.Hash
> **常用命令：** hget,hset,hgetall 等。
hash 是一个 string 类型的 field 和 value 的映射表，hash 特别适合用于存储对象，后续操作的时候，你可以直接仅仅修改这个对象中的某个字段的值。 比如我们可以 hash 数据结构来存储用户信息，商品信息等等。比如下面我就用 hash 类型存放了我本人的一些信息：
```
key=JavaUser293847
value={
“id”: 1,
“name”: “SnailClimb”,
“age”: 22,
“location”: “Wuhan, Hubei”
}
**普通字符串的基本操作：**
```bash
127.0.0.1:6379> set key value #设置 key-value 类型的值
OK
127.0.0.1:6379> get key # 根据 key 获得对应的 value
"value"
127.0.0.1:6379> exists key # 判断某个 key 是否存在
(integer) 1
127.0.0.1:6379> strlen key # 返回 key 所储存的字符串值的长度。
(integer) 5
127.0.0.1:6379> del key # 删除某个 key 对应的值
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get key
(nil)
```
#### 3.List
**批量设置** :
> **常用命令:** lpush,rpush,lpop,rpop,lrange 等
list 就是链表，Redis list 的应用场景非常多，也是 Redis 最重要的数据结构之一，比如微博的关注列表，粉丝列表，消息列表等功能都可以用 Redis 的 list 结构来实现。
Redis list 的实现为一个双向链表，即可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了部分额外的内存开销。
另外可以通过 lrange 命令，就是从某个元素开始读取多少个元素，可以基于 list 实现分页查询，这个很棒的一个功能，基于 Redis 实现简单的高性能分页，可以做类似微博那种下拉不断分页的东西（一页一页的往下走），性能高。
#### 4.Set
> **常用命令：**
> sadd,spop,smembers,sunion 等
Redis 中的 set 类型是一种无序集合，集合中的元素没有先后顺序。
当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set 是一个很好的选择，并且 set 提供了判断某个成员是否在一个 set 集合内的重要接口，这个也是 list 所不能提供的。可以基于 set 轻易实现交集、并集、差集的操作。
比如：在微博应用中，可以将一个用户所有的关注人存在一个集合中，将其所有粉丝存在一个集合。Redis 可以非常方便的实现如共同关注、共同粉丝、共同喜好等功能。这个过程也就是求交集的过程，具体命令如下：
```
sinterstore key1 key2 key3 将交集存在key1内
```bash
127.0.0.1:6379> mest key1 value1 key2 value2 # 批量设置 key-value 类型的值
OK
127.0.0.1:6379> mget key1 key2 # 批量获取多个 key 对应的 value
1) "value1"
2) "value2"
```
#### 5.Sorted Set
**计数器（字符串的内容为整数的时候可以使用）：**
> **常用命令：** zadd,zrange,zrem,zcard 等
```bash
和 set 相比，sorted set 增加了一个权重参数 score，使得集合中的元素能够按 score 进行有序排列。
127.0.0.1:6379> set number 1
OK
127.0.0.1:6379> incr number # 将 key 中储存的数字值增一
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get number
"2"
127.0.0.1:6379> decr number # 将 key 中储存的数字值减一
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get number
"1"
```
**举例：** 在直播系统中，实时排行信息包含直播间在线用户列表，各种礼物排行榜，弹幕消息（可以理解为按消息维度的消息排行榜）等信息，适合使用 Redis 中的 Sorted Set 结构进行存储。
**过期**：
```bash
127.0.0.1:6379> exp key 60 # 数据在 60s 后过期
(integer) 1
127.0.0.1:6379> setex key 60 value # 数据在 60s 后过期 (setex:[set] + [ex]pire)
OK
127.0.0.1:6379> ttl key # 查看数据还有多久过期
(integer) 56
```
#### List
1. **介绍** ：**List** 即是 **链表**。链表是一种非常常见的数据结构，特点是易于数据元素的插入和删除并且且可以灵活调整链表长度，但是链表的随机访问困难。许多高级编程语言都内置了链表的实现比如 Java 中的 **LinkedList**，但是C语言并没有实现链表，所以Redis实现了自己的链表数据结构。Redis 的 List 的实现为一个 **双向链表**，即可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了部分额外的内存开销。
2. **常用命令:** `rpush,lpop,lpush,rpop,lrange、llen` 等。
3. **应用场景:** 发布与订阅或者说消息队列、慢查询
下面我们简单看看它的使用！
**通过 `rpush/lpop` 实现队列：**
```bash
127.0.0.1:6379> rpush myList value1 # 向 list 的头部（右边）添加元素
(integer) 1
127.0.0.1:6379> rpush myList value2 value3 # 向list的头部（最右边）添加多个元素
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lpop myList # 将 list的尾部(最左边)元素取出
"value1"
127.0.0.1:6379> lrange myList 0 1 # 查看对应下标的List列表， 0 为 start,1为 end
1) "value2"
2) "value3"
127.0.0.1:6379> lrange myList 0 -1 # 查看列表中的所有元素，-1表示倒数第一
1) "value2"
2) "value3"
```
**通过 `rpush/rpop` 实现栈：**
```bash
127.0.0.1:6379> rpush myList2 value1 value2 value3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> rpop myList2 # 将 list的头部(最右边)元素取出
"value3"
```
我专门花了一个图方便小伙伴们来理解：
![redis list](./images/redis/redis-list.png)
**通过`lrange`查看对应下标范围的列表元素：**
```bash
127.0.0.1:6379> rpush myList value1 value2 value3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lrange myList 0 1 # 查看对应下标的List列表， 0 为 start,1为 end
1) "value1"
2) "value2"
127.0.0.1:6379> lrange myList 0 -1 # 查看列表中的所有元素，-1表示倒数第一
1) "value1"
2) "value2"
3) "value3"
```
通过 `lrange` 命令，你可以基于 list 实现分页查询，性能非常高！
**通过 `llen` 查看链表长度：**
```bash
127.0.0.1:6379> llen myList
(integer) 3
```
#### Hash
1. **介绍** ：Hash 类似于 JDK1.8 前的 HashMap，内部实现也差不多(数组 + 链表)。不过，Redis 的 Hash 做了更多优化。另外，Hash 是一个 string 类型的 field 和 value 的映射表，**特别适合用于存储对象**，后续操作的时候，你可以直接仅仅修改这个对象中的某个字段的值。 比如我们可以 hash 数据结构来存储用户信息，商品信息等等。
2. **常用命令：** `hset,hmset,hexists,hget,hgetall,hkeys,hvals` 等。
3. **应用场景:** 系统中对象数据的存储。
下面我们简单看看它的使用！
```bash
127.0.0.1:6379> hset userInfoKey name "guide" description "dev" age "24"
OK
127.0.0.1:6379> hexists userInfoKey name # 查看 key 对应的 value中指定的字段是否存在。
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hget userInfoKey name # 获取存储在哈希表中指定字段的值。
"guide"
127.0.0.1:6379> hget userInfoKey age
"24"
127.0.0.1:6379> hgetall userInfoKey # 获取在哈希表中指定 key 的所有字段和值
1) "name"
2) "guide"
3) "description"
4) "dev"
5) "age"
6) "24"
127.0.0.1:6379> hkeys userInfoKey # 获取 key 列表
1) "name"
2) "description"
3) "age"
127.0.0.1:6379> hvals userInfoKey # 获取 value 列表
1) "guide"
2) "dev"
3) "24"
127.0.0.1:6379> hset userInfoKey name "GuideGeGe" # 修改某个字段对应的值
127.0.0.1:6379> hget userInfoKey name
"GuideGeGe"
```
#### Set
1. **介绍 ：** Set 类似于 Java 中的 `HashSet`。Redis 中的 set 类型是一种无序集合，集合中的元素没有先后顺序。当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set 是一个很好的选择，并且 set 提供了判断某个成员是否在一个 set 集合内的重要接口，这个也是 list 所不能提供的。可以基于 set 轻易实现交集、并集、差集的操作。比如：你可以将一个用户所有的关注人存在一个集合中，将其所有粉丝存在一个集合。Redis 可以非常方便的实现如共同关注、共同粉丝、共同喜好等功能。这个过程也就是求交集的过程。
2. **常用命令：** `sadd,spop,smembers,sismember,scard,sinterstore,sunion` 等。
3. **应用场景:** 需要存放的数据不能重复以及需要获取多个数据源交集和并集等场景
下面我们简单看看它的使用！
```bash
127.0.0.1:6379> sadd mySet value1 value2 # 添加元素进去
(integer) 2
127.0.0.1:6379> sadd mySet value1 # 不允许有重复元素
(integer) 0
127.0.0.1:6379> smembers mySet # 查看 set 中所有的元素
1) "value1"
2) "value2"
127.0.0.1:6379> scard mySet # 查看 set 的长度
(integer) 2
127.0.0.1:6379> sismember mySet value1 # 检查某个元素是否存在set 中，只能接收单个元素
(integer) 1
127.0.0.1:6379> sadd mySet2 value2 value3
(integer) 2
127.0.0.1:6379> sinterstore mySet3 mySet mySet2 # 获取 mySet 和 mySet2 的交集并存放在 mySet3 中
(integer) 1
127.0.0.1:6379> smembers mySet3
1) "value2"
```
#### Sorted Set
1. **介绍：** 和 set 相比，sorted set 增加了一个权重参数 score，使得集合中的元素能够按 score 进行有序排列，还可以通过score的范围来获取元素的列表。有点像是Java中 HashMap和 TreeSet 的结合体。
2. **常用命令：** `zadd,zrange,zrem,zcard` 等
3. **应用场景：** 需要对数据根据某个权重进行排序的场景。比如在直播系统中，实时排行信息包含直播间在线用户列表，各种礼物排行榜，弹幕消息（可以理解为按消息维度的消息排行榜）等信息。
```bash
127.0.0.1:6379> zadd myZset 3.0 value1 # 添加元素到 sorted set 中 3.0 为权重
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd myZset 2.0 value2 1.0 value3 # 一次添加多个元素
(integer) 2
127.0.0.1:6379> zcard myZset # 查看 sorted set 中的元素数量
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zscore myZset value1 # 查看某个 value 的权重
"3"
127.0.0.1:6379> zrange myZset 0 -1 # 顺序输出某个范围区间的元素，0 -1 表示输出所有元素
1) "value3"
2) "value2"
3) "value1"
127.0.0.1:6379> zrange myZset 0 1 # 顺序输出某个范围区间的元素，0 为 start 1 为 stop
1) "value3"
2) "value2"
127.0.0.1:6379> zrevrange myZset 0 1 # 逆序输出某个范围区间的元素，0 为 start 1 为 stop
1) "value1"
2) "value2"
```
### Redis 设置过期时间
@ -467,6 +602,7 @@ public Object getObjectInclNullById(Integer id) {
### 参考
- 《Redis 开发与运维》
- 《Redis设计与实现》
- Redis 命令总结：http://Redisdoc.com/string/set.html
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