Redis 學習筆記(4)-Redis 指令

本文是有關 Redis 的學習筆記的一部分，相關目錄請參考 Redis 學習筆記(1)-簡介。

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在上一篇的學習中，已啟動 Redis 容器，接下來要使用該 Redis 容器學習 Redis 指令。

下列為指令驗證的項目:

• String
• Hash
• List
• Set
• Sorted Set
• MULTI
• Function
• Lua 腳本

1. String 型別指令

為最基本的型別，其簡易的操作(查/寫/讀/刪) 如下:

除了基本的操作外，模擬了三個想像的業務需求，使用 Redis 的功能來達成指定的需求。

• 流水號產生
• 即時資源使用量
• 流量控管

下列則是這三個業務需求的實作。

1.1 流水號產生

• 需求: 產出訂單流水號，不可重複，由 1001 開始

• 相關指令:

• 實作指令:

1.2 即時資源使用量

• 需求: 統計系統當下的連接量，可作為是否熔斷的依據

• 相關指令:

• 實作指令:

1.3 流量控管

• 需求: 針對每一用戶在單位時間內僅能進行額度內操作，超過額度則禁止該操作

• 相關指令:

• 實作一指令:

• 實作二指令:

2. Hash 型別指令

若一個鍵內包含不是單一的值，而是多個欄位，則可以使用雜湊(Hash)。例如，訂單資料內有多個欄位(訂單編號、客戶編號、...)。

模擬了二個想像的業務需求，使用 Redis 的功能來達成指定的需求。

• 物件資料
• 額度控管

下列則是這二個業務需求的實作。

2.1 物件資料

• 需求: 將一個客戶資料集成在一個 Key 內

• 相關指令:

• 實作指令:

2.2 額度控管

• 需求: 針對每個客戶給定帳本，可儲值和扣款，額度足夠時才可執行指定的操作

• 相關指令:

• 實作指令:

3. List 型別指令

列表添加元素時，可由表頭添加、表尾添加或是插入指定位置。彈出列元素時，可由表頭彈出也可由表尾彈出。可以使用這些功能模擬 Queue(FIFO) 或是 Stack (LIFO)。
當有多路資料滙總，依序由特定程序處理時，可使用由 List 模擬的 Queue 來完成。

模擬了一個想像的業務需求，使用 Redis 的功能來達成指定的需求。

• 任務待處理佇列

下列則是這一個業務需求的實作。

3.1 任務待處理佇列

• 需求: 多點可請求發送簡訊，只需將簡訊請求推入 Queue 即可，簡訊發送程式(一個或多個)可由 Queue 取出請求並執行發送。

• 相關指令:

• 實作指令:

4. Set 型別指令

集合內的元素不可重覆，故可用來作去重功能。集合可以差集、交集、聯集，可用來達成共同朋友功能，或黑名單功能。

模擬了一個想像的業務需求，使用 Redis 的功能來達成指定的需求。

• 每日使用者訪問數

下列則是這一個業務需求的實作。

4.1 每日使用者訪問數

• 需求: 同一使用者每日訪問可能多次，要求統計每日不同使用者訪問總數

• 相關指令:

• 實作指令:

5. Sorted Set 型別指令

集合內的元素不可重覆，但每個元素可以有分數，元素會依分數由小到大在集合內排序。該特性可以用來實作排行榜、時效任務管理和權重任務管理。

模擬了一個想像的業務需求，使用 Redis 的功能來達成指定的需求。

• 活躍使用者排行榜

下列則是這一個業務需求的實作。

5.1 活躍使用者排行榜

• 需求: 依使用者的訪問次數，列出前三名，榜單10分鐘更新。
• 相關指令:

• 實作指令:

6. MULTI 型別指令

MULTI 可以將數個指令先上傳到伺服器上的隊列中，此時尚未執行，待客戶端發送 EXEC 指令時，伺服器上隊列內的指令會一起執行。此時的執行也保證原子性操作。

7 Function 指令

Redis 7 以後支援 functions，在 Redis 7 以前是使用 LUA Script。相比 LUA Script 使用 function 更符合開發者習慣性。
使用 function 可將數個 redis 指令整合成為一個 redis function，執行時該 function 在 redis servier 端執行，不但整個 function 為一個原子性操作，所有的資料也由本地端讀取不經由網路。

模擬了一個想像的業務需求，使用 Redis 的功能來達成指定的需求。

• 秒殺功能

下列則是這一個業務需求的實作。

7.1 秒殺功能

• 需求: 有產品三件，讓大量客戶端搶購，僅有最早三個請求可以成功。

• 實作指令(建立 function): 進入 Redis 容器後，在 Shell 中執行下列指令

  cat << EOF | redis-cli -a 'mypwd' -x FUNCTION LOAD REPLACE
  #!lua name=mylib  
  local function flash_sale_top3(keys, args)
    local myZset = keys[1] -- 取得 KEY 名稱
    local myZval = args[1] -- 取得 VALUE
    local keyType = redis.call('type', myZset) -- 取得 KEY 的型別
    keyType = keyType.ok or keyType -- 由 TABLE 取出結果
    -- redis.log(redis.LOG_NOTICE, 'KeyType:'..keyType) -- 在日誌中印出
    -- 若 KEY 存在但不為 ZSET 則回應錯誤
    if keyType ~= 'none' and keyType ~= 'zset' then 
      return redis.error_reply('輸入的 KEY 應為 zset 或不存在')
    end
    -- 若 VALUE 不存在 則回應錯誤
    if myZval == nil then
      return redis.error_reply('未輸入 '..myZset..' 對應的值')
    end
    -- 若 VALUE 已加入 KEY 中，則回應重覆
    local myScore = redis.call('zscore',myZset,myZval)
    if myScore then
      return redis.status_reply('duplicated-'..myScore)
    end
    -- 若 KEY 內的數目已達 3 則回應無額度
    local count = redis.call('zcard', myZset)
    if count >= 3 then
      return redis.status_reply('no quota')
    end
    -- 將 VALUE 加入 KEY 中，並回應其排名
    redis.call('zadd',myZset,count+1, myZval)
    -- return redis.status_reply(tostring(count+1))
    return redis.status_reply('success-'..(count+1))
  end
  
  redis.register_function('flash_sale_top3', flash_sale_top3)
  EOF
  
  

• 實作指令(執行 function):

8. Lua 腳本

若無法使用 Function 功能的情況下，也可以使用 LUA 腳本。LUA 腳本有二種使用方式如下:

• 使用 EVAL 指令: 將腳本內容上傳，並直接執行
• 使用 SCRIPT LOAD 指令將腳本內容上傳，使用 EVALSHA 執行腳本

模擬了一個想像的業務需求，使用 Redis 的功能來達成指定的需求。

• 秒殺功能

下列則是這一個業務需求分別使用 EVAL 和 SCRIPT LOAD 的實作。

8.1 使用 EVAL 方式實作

• 需求: 有產品三件，讓大量客戶端搶購，僅有最早三個請求可以成功。

• 實作指令檔

  cat << EOF > myfunc.lua
    local myZset = KEYS[1] -- 取得 KEY 名稱
    local myZval = ARGV[1] -- 取得 VALUE
    local keyType = redis.call('type', myZset) -- 取得 KEY 的型別
    keyType = keyType.ok or keyType -- 由 TABLE 取出結果
    -- redis.log(redis.LOG_NOTICE, 'KeyType:'..keyType..',myZset:'..myZset) -- 在日誌中印出
    -- 若 KEY 存在但不為 ZSET 則回應錯誤
    if keyType ~= 'none' and keyType ~= 'zset' then 
      error( '輸入的 KEY 應為 zset 或不存在' )
    end
    -- 若 VALUE 不存在 則回應錯誤
    if myZval == nil then
      error('未輸入 '..myZset..' 對應的值')
    end
    -- 若 VALUE 已加入 KEY 中，則回應重覆
    local myScore = redis.call('zscore',myZset,myZval)
    if myScore then
      return 'duplicated-'..myScore
    end
    -- 若 KEY 內的數目已達 3 則回應無額度
    local count = redis.call('zcard', myZset)
    if count >= 3 then
      return 'no quota'
    end
    -- 將 VALUE 加入 KEY 中，並回應其排名
    redis.call('zadd',myZset,count+1, myZval)
    return 'success-'..(count+1)
  EOF
  
  

• 執行指令:

  ## 第一次搶購
  redis-cli -a 'mypwd' --eval myfunc.lua k1 , v1
  
  ## 第二次搶購
  redis-cli -a 'mypwd' --eval myfunc.lua k1 , v2
  
  ## 第三次搶購
  redis-cli -a 'mypwd' --eval myfunc.lua k1 , v3
  
  ## 第四次搶購
  redis-cli -a 'mypwd' --eval myfunc.lua k1 , v4
  
  

8.2 使用 SCRIPT LOAD 方式實作

• 需求: 有產品三件，讓大量客戶端搶購，僅有最早三個請求可以成功。

• 實作指令檔

  cat << EOF | redis-cli -a 'mypwd' -x script load
    local myZset = KEYS[1] -- 取得 KEY 名稱
    local myZval = ARGV[1] -- 取得 VALUE
    local keyType = redis.call('type', myZset) -- 取得 KEY 的型別
    keyType = keyType.ok or keyType -- 由 TABLE 取出結果
    -- redis.log(redis.LOG_NOTICE, 'KeyType:'..keyType..',myZset:'..myZset) -- 在日誌中印出
    -- 若 KEY 存在但不為 ZSET 則回應錯誤
    if keyType ~= 'none' and keyType ~= 'zset' then 
      error( '輸入的 KEY 應為 zset 或不存在' )
    end
    -- 若 VALUE 不存在 則回應錯誤
    if myZval == nil then
      error('未輸入 '..myZset..' 對應的值')
    end
    -- 若 VALUE 已加入 KEY 中，則回應重覆
    local myScore = redis.call('zscore',myZset,myZval)
    if myScore then
      return 'duplicated-'..myScore
    end
    -- 若 KEY 內的數目已達 3 則回應無額度
    local count = redis.call('zcard', myZset)
    if count >= 3 then
      return 'no quota'
    end
    -- 將 VALUE 加入 KEY 中，並回應其排名
    redis.call('zadd',myZset,count+1, myZval)
    return 'success-'..(count+1)
  EOF
  
  

  執行成功後會得到一個識別字串(如:28a7bad2bba6b34a220eaaf3cd6da48d4be22bd9)，可用該字串來指稱上傳的 SCRIPT

• 執行指令:

  ## 第一次搶購
  evalsha 28a7bad2bba6b34a220eaaf3cd6da48d4be22bd9 1 k2 v1
  
  ## 第二次搶購
  evalsha 28a7bad2bba6b34a220eaaf3cd6da48d4be22bd9 1 k2 v2
  
  ## 第三次搶購
  evalsha 28a7bad2bba6b34a220eaaf3cd6da48d4be22bd9 1 k2 v3
  
  ## 第四次搶購
  evalsha 28a7bad2bba6b34a220eaaf3cd6da48d4be22bd9 1 k2 v4
  
  

9. 結論

經過這些指令的學習，可以瞭解 Redis 特色功能，接下來就是整合到 Java 客戶端程式中了。

參考資料:

• Redis Tutorial
• Redis教學
• Redis資料型別的應用業務場景分析
• Redis之五種基本類型及其應用場景舉例
• 使用Redis，你必須知道的21個注意要點