2024三掌柜赠书活动第三十五期：Redis 应用实例

三掌柜666

10605人浏览 · 2024-12-06 20:19:46

三掌柜666 · 2024-12-06 20:19:46 发布

众所周知，Redis是一个开源的高性能键值对数据库，以其出色的读写性能和丰富的数据结构而闻名，它被广泛应用于缓存、消息队列、排行榜、实时分析等场景。在当今信息技术迅猛发展的背景下，Redis以其卓越的性能和灵活性，已经成为众多开发者和企业的首选技术之一。作为一个开源的高性能键值对数据库，Redis不仅支持数据的快速存取，还提供了丰富的数据结构和功能，使其在多种应用场景中都能发挥关键作用。从简单的缓存解决方案到复杂的实时分析系统，Redis的应用实例几乎涵盖了现代软件开发的每一个角落。那么本文就来详细通过一系列具体的应用实例，深入探讨Redis的实际应用，旨在为大家提供一个全面的Redis使用指南。

Redis操作都会，却不知道怎么用？

其实Redis 作为一款高性能缓存服务，在互联网后端有着广泛的应用，也成为内存数据库事实上的标准。程序员想要构建快速响应的服务，就有必要学习 Redis 并应用在工程中。但不少程序员在学完 Redis 的基本操作后，就陷入了一个困境，一问操作都会，但在实际工作中一用就发懵，这是为何？Redis 本质上是一个键值对数据库，支持多种数据结构，如字符串、列表、集合、有序集合和哈希表等。程序员在掌握了数据的插入、查询、修改、删除操作后，面临的难题其实是如何为业务选择最合适的数据结构与解决方案。

我们来了解一下 Redis 的主流应用场景：

缓存：作为缓存数据库，减少对后端数据库的访问，提高系统性能。
会话存储：在分布式系统中，用来存储用户会话信息，实现会话共享。
排行榜和计数器：有序集合适合实现各种排行榜功能，如社交网络的点赞数、评论数等。
消息队列：发布/订阅功能可以构建简单的消息队列系统。
实时分析：可以用于统计网站的访问量、用户行为分析等。

如果仅靠自己在上述业务场景中去摸索，那不知要费多少功夫，要是有现成的实例可供参考那该多好。

关于《Redis 应用实例》

接下来给大家推荐关于Redis的书籍，这是一本关于如何用Redis的干货图书，一经上市就登上了当当“计算机与互联网”图书排行榜前列。本书从Redis原理剖析讲起到实战技巧，助企业在日常业务实战工作中轻松实现！另外，关注本文博主，点赞+收藏本文，且在本文评论区评论“入手Redis”，将选取四名幸运读者送出纸质版《Redis 应用实例》一本，截止时间：2024.12.12。入手《Redis 应用实例》传送门：https://item.jd.com/14873828.html或者《Redis应用实例》(黄健宏)【简介_书评_在线阅读】 - 当当图书，个人觉得这本书非常的不错，是一本不可多得的好书，值得拥有去学习。

编辑推荐

适读人群：本书适合对Redis有基本了解、想要了解Redis以及键值数据库具体应用的技术人群，适合用于作为培训教程，主用于Redis入门之后、深入了解Redis源码之前的技术进阶。

1.内容实用。帮助读者更好地了解如何使用Redis解决实际问题，应对在真实开发场景中可能面对的挑战。

2.知识点丰富。全书32个应用实例覆盖了Redis常见的应用场景和使用方法。不仅介绍使用Redis命令实现应用实例的方法，还给出与之对应的可运行的Python代码。易于理解，又方便读者做进一步的拓展学习或者进行代码移植。

3.帮助Redis初学者快速将Redis应用到实际场景中，引导有一定基础的Redis开发者探索Redis的高级特性，提升系统性能。

4.通过对书中介绍的Redis应用实例的学习，能面提升Redis技能，解锁Redis开发的无限可能，真正成为能够使用Redis解决各类实际问题的技术高手。

本书特色

●贴近实战：书中所有实例均取材于实际应用场景，展示Redis在实际开发中的多样性，方便读者将所学方法复用到项目中，提升开发效率。

●内容全面：书中既介绍了经典的缓存、锁、数据结构等低层应用，又介绍了紧跟潮流的自动补全、排行榜、地理位置等高层应用，为读者提供全面的技术内容。

●代码详尽：书中所有应用实例均基于新版Redis和Python编写，每个实例都是可执

行的，并包含了必需的API，读者可以方便地在这些实例的基础上进行测试、修改和扩展。

●配套视频：作者专为书中较复杂的知识点录制了“Redis应用十讲”视频讲解，读者可以扫描对应章节首页的码免费观看，并获得完整视频讲解PPT课件。

●简洁精练：书中应用实例简洁、易懂，各技术层级的读者均可轻松阅读。

内容简介

本书将从内部组件、外部应用和数据结构3个方面为读者介绍Redis常见、经典的用法与实例，并且所有实例均附有完整的Python代码，方便读者学习和参考。全书分3个部分：第一部分讲内部组件，介绍的实例通常用于系统内部，如缓存、锁、计数器、迭代器、速率限制器等，这些都是很多系统中不可或缺的部分；第二部分讲外部应用，介绍的实例都是一些日常常见的、用户可以直接接触到的应用，如直播弹幕、社交关系、排行榜、分页、地理位置等；第三部分讲数据结构，介绍的实例是一些使用Redis实现的常见数据结构，如先进先出队列、栈、优先队列和矩阵等。本书希望通过展示常见的Redis应用实例来帮助读者了解使用Redis解决各类问题的方法，并加深读者对Redis各项命令及数据结构的认识，使读者真正成为能够使用Redis解决各类问题的Redis专家。

本书适合对Redis有基本了解且想要进一步掌握Redis及键值数据库具体应用的技术人群，是理想的Redis技术进阶读物。

作者简介

黄健宏

计算机技术图书作者和译者，关注的领域包括数据库、编程语言、操作系统，以及算法和数据结构。

他从2011年开始关注Redis，翻译过Redis文档，注释过Redis源代码，发表了大量关于Redis的文章，还撰写了广受Redis使用者喜爱的源码分析书《Redis设计与实现》，并翻译了热销的Redis入门书《Redis实战》。

他还是《Redis使用手册》的作者，《SQL实战(第2版)》、《Go语言趣学指南》和《Go Web编程》的译者。

图书目录

第一部分内部组件

第 1章缓存文本数据3

1．1 需求描述3

1．2 解决方案：使用字符串键缓存单项数据3

1．3 实现代码：使用字符串键缓存单项数据4

1．4 解决方案：使用JSON 哈希键缓存多项数据5

1．5 实现代码：使用JSON 哈希键缓存多项数据6

1．6 重点回顾9

第 2章缓存二进制数据11

2．1 需求描述11

2．2 解决方案11

2．3 实现代码12

2．4 重点回顾13

第3章锁15

3．1 需求描述15

3．2 解决方案15

3．3 实现代码16

3．4 扩展方案：带自动解锁功能的锁17

3．5 重点回顾19

第4章带密码保护功能的锁21

4．1 需求描述21

4．2 解决方案21

4．3 实现代码22

4．4 重点回顾23

第5章自增数字ID25

5．1 需求描述25

5．2 解决方案：使用字符串键25

5．3 实现代码：使用字符串键实现自增数字ID生成器26

5．4 解决方案：使用哈希键27

5．5 实现代码：使用哈希键实现自增数字ID生成器27

5．6 重点回顾28

第6章计数器29

6．1 需求描述29

6．2 解决方案：使用字符串键29

6．3 实现代码：使用字符串键实现计数器30

6．4 解决方案：使用哈希键31

6．5 实现代码：使用哈希键实现计数器32

6．6 重点回顾33

第7章唯一计数器35

7．1 需求描述35

7．2 解决方案：使用集合键35

7．3 实现代码：使用集合键实现唯一计数器36

7．4 解决方案：使用HyperLogLog键37

7．5 实现代码：使用HyperLogLog键实现唯一计数器38

7．6 重点回顾39

第8章速率限制器41

8．1 需求描述41

8．2 解决方案41

8．3 实现代码42

8．4 重点回顾45

第9章二元操作记录器47

9．1 需求描述47

9．2 解决方案47

9．3 实现代码48

9．4 重点回顾49

第 10章资源池51

10．1 需求描述51

10．2 解决方案51

10．3 实现代码52

10．4 重点回顾54

第 11章紧凑字符串57

11．1 需求描述57

11．2 解决方案58

11．3 实现代码58

11．4 重点回顾60

第 12章数据库迭代器61

12．1 需求描述61

12．2 解决方案61

12．3 实现代码62

12．4 扩展实现：数据库采样程序64

12．5 重点回顾66

第 13章流迭代器67

13．1 需求描述67

13．2 解决方案：使用XRANGE67

13．3 实现代码：使用XRANGE实现

流迭代器69

13．4 解决方案：使用XREAD70

13．5 实现代码：使用XREAD实现流迭代器71

13．6 重点回顾73

第二部分外部应用

第 14章消息队列77

14．1 需求描述77

14．2 解决方案77

14．3 实现代码78

14．4 扩展实现：直播间弹幕系统 80

14．5 重点回顾82

第 15章标签系统85

15．1 需求描述85

15．2 解决方案85

15．3 实现代码86

15．4 扩展实现：为根据标签查找目

标功能加上缓存88

15．5 重点回顾90

第 16章自动补全91

16．1 需求描述91

16．2 解决方案91

16．3 实现代码92

16．4 扩展实现：自动移除冷门输入建议表94

16．5 重点回顾96

第 17章抽奖97

17．1 需求描述97

17．2 解决方案97

17．3 实现代码98

17．4 重点回顾100

第 18章社交关系101

18．1 需求描述101

18．2 解决方案101

18．3 实现代码102

18．4 重点回顾105

第 19章登录会话107

19．1 需求描述107

19．2 解决方案107

19．3 实现代码108

19．4 重点回顾110

第 20章短网址生成器111

20．1 需求描述111

20．2 解决方案111

20．3 实现代码113

20．4 扩展实现：为短网址生成器加上缓存114

20．5 重点回顾116

第 21章投票117

21．1 需求描述117

21．2 解决方案117

21．3 实现代码119

21．4 重点回顾121

第 22章排行榜123

22．1 需求描述123

22．2 解决方案123

22．3 实现代码124

22．4 重点回顾126

第 23章分页127

23．1 需求描述127

23．2 解决方案127

23．3 实现代码129

23．4 重点回顾131

第 24章时间线133

24．1 需求描述133

24．2 解决方案133

24．3 实现代码135

24．4 重点回顾138

第 25章地理位置139

25．1 需求描述139

25．2 解决方案139

25．3 实现代码140

25．4 扩展实现：实现“摇一摇”功能142

25．5 扩展实现：为“摇一摇”功能设置缓存143

25．6 重点回顾145

第三部分数据结构

第 26章先进先出队列149

26．1 需求描述149

26．2 解决方案149

26．3 实现代码150

26．4 扩展实现：反方向的队列152

26．5 重点回顾153

第 27章定长队列和淘汰队列155

27．1 需求描述155

27．2 解决方案155

27．3 实现代码157

27．4 扩展实现：淘汰队列158

27．5 重点回顾160

第 28章栈（后进先出队列）161

28．1 需求描述161

28．2 解决方案161

28．3 实现代码162

28．4 扩展实现：为栈添加更多方法163

28．5 重点回顾164

第 29章优先队列165

29．1 需求描述165

29．2 解决方案165

29．3 实现代码167

29．4 扩展实现：为优先队列加上阻塞操作169

29．5 重点回顾170

第30章循环队列171

30．1 需求描述171

30．2 解决方案171

30．3 实现代码172

30．4 扩展实现：无重复元素的循环队列174

30．5 重点回顾176

第31章矩阵177

31．1 需求描述177

31．2 解决方案：使用列表177

31．3 实现代码：使用列表实现矩阵存储178

31．4 解决方案：使用位图180

31．5 实现代码：使用位图实现矩阵存储181

31．6 重点回顾184

第32章逻辑矩阵185

32．1 需求描述185

32．2 解决方案185

32．3 实现代码186

32．4 扩展实现：优化内存占用188

32．5 重点回顾192

《Redis 应用实例》全书速览

拓展：Redis使用场景

最后再来分享一下关于redis的使用场景，这里大概用了四个使用场景来讲，具体如下所示。

实例1：缓存应用

场景描述

在高流量的Web应用中，数据库查询是一个耗时的操作，特别是在读多写少的场景下。使用Redis作为缓存层可以显著提高应用的响应速度。

实现方法

缓存热点数据：将频繁访问的数据，如用户信息、商品详情等，存储在Redis中。
设置过期时间：为缓存数据设置合理的过期时间，保证数据的新鲜度。
缓存穿透处理：对于查询结果为空的情况，也在Redis中设置一个空值的缓存，避免直接查询数据库。

具体代码示例

// Java Jedis客户端使用示例
Jedis jedis = new Jedis("localhost");
// 写入缓存
jedis.set("user:1000", "{\"name\":\"John\", \"age\":30}");
// 读取缓存
String userData = jedis.get("user:1000");

实例2：消息队列

场景描述

在需要异步处理任务的场景中，如订单处理、邮件发送等，Redis可以作为一个简单高效的消息队列系统。

实现方法

使用List数据结构：生产者将消息推送到List的一个端，消费者从另一个端弹出消息。
原子操作：利用Redis的RPUSH和BLPOP命令保证消息的原子性操作。

具体代码示例

// 生产者
Jedis jedis = new Jedis("localhost");
jedis.rpush("messageQueue", "Hello World");

// 消费者
List<String> messages = jedis.blpop(0, "messageQueue");
String message = messages.get(0);

实例3：排行榜

场景描述

在需要实时更新排行榜的应用中，如游戏得分、商品销量等，Redis的有序集合（ZSet）是一个理想的选择。

实现方法

使用ZSet存储得分：每个成员的得分随着用户行为实时更新。
范围查询：利用ZREVRANGE命令快速获取排行榜的前N名。

具体代码示例

// 用户得分更新
Jedis jedis = new Jedis("localhost");
jedis.zadd("leaderboard", 95, "user:1001");
jedis.zadd("leaderboard", 100, "user:1002");

// 获取排行榜前3名
Set<String> topUsers = jedis.zrevrange("leaderboard", 0, 2);

实例4：实时分析

场景描述

在需要实时分析用户行为的场景中，如页面访问量统计、用户活跃度分析等，Redis提供了快速的数据聚合能力。

实现方法

使用HyperLogLog：对独立用户进行去重统计。
使用GeoAdd：对用户地理位置信息进行存储和查询。

具体代码示例

// 独立用户去重统计
Jedis jedis = new Jedis("localhost");
jedis.pfadd("uniqueVisitors", "user:1001");
jedis.pfadd("uniqueVisitors", "user:1002");

// 获取独立用户数量
long uniqueCount = jedis.pfcount("uniqueVisitors");

结束语

通过本文的详细介绍，不难看出Redis以其卓越的性能和灵活性，在多种应用场景中发挥着重要作用，尤其是Redis在现代应用开发中扮演的多面手角色。无论是作为缓存层提高性能，还是作为消息队列处理异步任务，亦或是构建实时排行榜和分析系统，Redis都以其独特的优势，为用户提供了强大的技术支持和灵活的开发选项，通过上面的实例可以看到Redis在缓存、消息队列、排行榜和实时分析等方面的强大能力。随着技术的不断发展，Redis将继续在现代应用架构中扮演关键角色，为用户提供更加丰富和高效的服务，帮助开发者构建更加高效、可靠的应用程序。期待各位开发者继续探索Redis的更多可能，利用其强大的功能，为用户创造更加丰富和便捷的数字体验。