Redis是知名的快取伺服器(Cache Server)，可以安裝在獨立的電腦上，與Python內建的Cache比較，提供更多的功能及資料結構，更提供佇列(Queue)，可以建構非同步的服務，進一步提升系統效能。

安裝

官方網頁提供各種平台的安裝說明，其中WIndows作業系統有3種方式：

1. WSL。
2. Docker。
3. 官方不保證的本地安裝：筆者試過大致上還OK，只是有一點點缺陷，不影響大局。

為模擬在獨立的電腦上運作，因此筆者採用WSL安裝，安裝指令如下：

curl -fsSL https://packages.redis.io/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/redis-archive-keyring.gpg

echo "deb [signed-by=/usr/share/keyrings/redis-archive-keyring.gpg] https://packages.redis.io/deb $(lsb_release -cs) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/redis.list

sudo apt-get update
sudo apt-get install redis

啟動與關閉Server

以下內容主要是參閱官方文件。

1. 啟動Server：

sudo service redis-server start

2. 關閉Server：

sudo service redis-server stop

測試

1. 啟動命令行(CLI)程式：

redis-cli

2. 測試連線：

ping

3. 執行結果：會得到【PONG】訊息。

(base) root@bigpc:/mnt/c/Users/xxx# redis-cli
127.0.0.1:6379> ping
PONG
127.0.0.1:6379>

4. 建立一對key/value，key為【mykey】，value為【Hello\nWorld】：

SET mykey "Hello\nWorld"

5. 查詢：

GET mykey

6. 執行結果：會得到【Hello\nWorld】訊息。

7. 關閉CLI：

quit

8. 關閉Server，再啟動Server：

sudo service redis-server stop
sudo service redis-server start

9. 查詢：

GET mykey

10. 執行結果：仍會得到【Hello\nWorld】訊息，表示儲存至redis的訊息會落地(Persistent)，不會遺失，這非常重要，意味系統不會因為redis當機，造成交易訊息消失，導致嚴重後果。

11. 要顯示所有key：

KEYS *

12. 執行結果：顯示所有key。

1) "foo"
2) "mykey"
3) "user-session:123"

13. 刪除key：

DEL mykey

14. 刪除所有key：

FLUSHALL

15. 再輸入【KEYS *】，執行結果：

(empty array)

資料結構(Data structure)

Redis強項是支援許多種資料結構，包括：

1. 字串：如上一節所示。
2. 集合(Set)：一個Key可儲存多個值，例如表格。
3. 排序集合(Sorted Set)：排序的集合，也支援聯集(union)/交集(intersection)/差集(difference)。
4. 清單(List)：可以實現queue/stack，提供佇列及索引的功能。
5. 雜湊(Hash)：可儲存JSON，快速搜尋資料。
6. 點陣圖(Bitmap)：可儲存二進位資料，也支援And/Or/Xor等操作。
7. Bitfield：支援多個計時器，可根據位置遞增/遞減特定計時器。
8. HyperLogLog：支援固定大小的記憶體。
9. 地理索引(Geospatial index)：可儲存地理資料。
10. 串流(Stream)：可瞬間接收大量資料，支援分割(partitioning)、複製(replication)及資訊落地(persistence)。

完全支援各種應用系統的需求，非常令人讚賞。

清單(List)測試

由於篇幅關係，我們只介紹清單(List)，因為它實務上非常有用，可以實現queue/stack機制，建構非同步服務，適合瞬間會湧進大量訂單或詢問的行業使用。

清單(List)操作指令包括：

1. LPUSH：在List的前面填入資料。
2. RPUSH：在List的後面填入資料。
3. LPOP：自List的前面取出資料。
4. RPOP：自List的後面取出資料。
5. LLEN：回傳List長度。
6. LMOVE：將資料由一個List移至另一個List。
7. LRANGE：查詢特定範圍的多個資料。
8. LTRIM：一次刪除多個資料。
9. BLPOP：自List的前面一次取出多個資料。
10. BLMOVE：一次將多個資料由一個List移至另一個List。

以下同樣使用CLI指令測試。

1. 填入資料，List名稱為【ikes:repairs】，可以使用【:】作為連接符號，類似【_】。

LPUSH bikes:repairs bike:5

2. CLI回應：目前List的長度。

(integer) 1

3. 一次填入多個資料：

LPUSH bikes:repairs bike:2 bike:10

4. CLI回應：目前List的長度。

(integer) 3

5. 自List的前面取出資料：回傳【bike:10】，因為它是最後填入的資料。

LPOP bikes:repairs

6. 自List的後面取出資料：回傳【bike:5】，因為它是最先填入的資料。

RPOP bikes:repairs

7. 可自List取出多筆資料：回傳【bike:2】，List內只剩1筆資料。

RPOP bikes:repairs 10

8. List資料轉移：一次填入多個資料，將bikes:repairs轉移到另一個List【bikes:finished】。

LPUSH bikes:repairs bike:1 bike:2
# CLI回應：(integer) 2

# 從bikes:repairs的前面(LEFT)移出1筆資料，並填入bikes:finished前面
LMOVE bikes:repairs bikes:finished LEFT LEFT 
# CLI回應："bike:2"

9. LRANGE：查詢特定範圍的多個資料，【-1】表最後一筆，不會取出資料。

LRANGE bikes:repairs 0 -1
# CLI回應："bike:1"
LRANGE bikes:finished 0 -1
# CLI回應："bike:2"

9. BLPOP：可自多個List取出資料，並可設定逾時秒數。依序由【bikes:finished】或【bikes:repairs】取出一筆資料。

BLPOP bikes:finished bikes:repairs 0

10. CLI回應：bikes:finished有一筆資料被取出。

1) "bikes:finished"
2) "bike:2"

11. BLPOP逾時秒數測試：Lists均無資料，故會等候，直到逾時秒數超過，指令執行才會結束。

BLPOP list1 list2 list3 2

12. CLI回應：bikes:finished有一筆資料被取出。

(nil)
(2.05s)

更多的指令用法可參閱【Redis lists】。

List實務應用

List實務應用的場景包括：

1. List可自後面填入，後面取出，即Stack，後進先出(LIFO)。
2. List可自後面填入，前面取出，即Queue，先進先出(FIFO)。
3. 多個List操作：像上面範例所述，可建立多條的服務窗口，待修的自行車放入bikes:repairs Queue，修好後轉移到bikes:finished list，人來取車時，可先使用【LRANGE bikes:finished 0 -1】查詢，再使用【LTRIM bikes:finished 6 6】取出第6筆資料。
4. 也可以分為不同服務等級的佇列(Priority queues)，例如普通件/急件或VIP客戶/一般客戶。
5. BLPOP非常適合客服中心(Help desk)的運作，客服人員取件可設定逾時秒數，不必一直按【取件】鈕，既可方便客服人員操作，又可提升系統效能。

結語

開發應用系統的目標不只要求正確性，也要追求穩定性及高效能，本篇介紹的Redis cache server入門，正是提升系統效能的有效方法，下一篇要進一步討論Python/Django如何使用Redis API，在應用系統中使用cache。