Redis 伺服器測試組態與資料結構詳解

Redis 伺服器安裝完成後，需要進行測試和組態以確保其正常運作並符合專案需求。連線測試可以使用 redis-cli 工具，透過 ping 命令驗證伺服器狀態，並執行 set 和 get 等基本操作。組態方面，可以透過命令列引數或修改 redis.conf 檔案調整伺服器設定，例如設定密碼、繫結本地主機等。此外，Redis 支援 Lua 指令碼編寫，可透過 EVAL 命令執行 Lua 指令碼，並使用 redis.call() 和 redis.pcall() 與 Redis 互動，SCRIPT 命令則用於管理指令碼。理解 Redis 的資料結構對於有效運用 Redis 至關重要，常用的資料結構包括字串、雜湊、列表、集合和有序集合等，各有其適用場景和操作指令。

Redis 伺服器測試與組態

在前面的章節中，我們已經成功安裝了 Redis 伺服器。現在，我們將對其進行測試並調整組態，以確保其安全性和效能。

測試 Redis 伺服器

要測試 Redis 伺服器，我們需要使用 Redis 使用者端工具 redis-cli 連線到伺服器。

$ redis-cli

此命令將連線到本地主機上的 Redis 伺服器例項。成功連線後，您應該會看到類別似以下的提示符號：

127.0.0.1:6379>

驗證伺服器狀態

首先，我們可以使用 ping 命令來檢查伺服器是否正常運作：

127.0.0.1:6379> ping

如果伺服器正常運作，您將收到 PONG 的回應。

執行簡單的鍵值操作

接下來，我們可以執行一個簡單的鍵值設定操作：

127.0.0.1:6379> set keycheck "It's working now!"

此命令將設定一個名為 keycheck 的鍵，其值為 "It's working now!"。如果操作成功，您將收到 OK 的回應。

檢索鍵值

我們可以使用 get 命令來檢索剛剛設定的鍵值：

127.0.0.1:6379> get keycheck

如果一切正常，您應該能夠檢索到剛剛儲存的值：

"It's working now!"

結束測試

完成測試後，可以使用 exit 命令離開 redis-cli：

127.0.0.1:6379> exit

Redis 組態

在前面的章節中，我們瞭解瞭如何使用預設的 Redis 設定。現在，我們將探討如何修改 Redis 組態。

透過命令列引陣列態 Redis

Redis 允許透過命令列引數來組態伺服器。以下是一個範例，展示如何啟動另一個 Redis 伺服器程式，並將其組態為從屬伺服器：

$ sudo ./redis-server --port 6380 --slaveof 127.0.0.1 6379

請注意，透過命令列傳遞的引數與 redis.conf 檔案中的組態選項相同，只是關鍵字前面加上了 --。

在執行時修改 Redis 組態

Redis 提供了 CONFIG SET 和 CONFIG GET 命令，允許在執行時修改某些組態選項，而無需重新啟動伺服器。

例如，要修改儲存資料的策略，可以使用以下命令：

CONFIG SET SAVE "900 1 300 10"

這將設定 Redis 在 900 秒內至少有 1 次變更或在 300 秒內至少有 10 次變更時儲存資料。

取得目前組態

要取得目前的組態，可以使用 CONFIG GET 命令：

CONFIG GET *

此命令將列出所有支援的組態引數及其目前值。

驗證資料永續性

為了驗證 Redis 是否將資料持久化到磁碟，我們可以重新啟動 Redis 伺服器並檢查資料是否仍然可用。

$ sudo systemctl restart redis
$ redis-cli
127.0.0.1:6379> get keycheck

如果資料持久化成功，您應該仍然能夠檢索到之前儲存的值。

安全性組態

為了確保 Redis 伺服器的安全性，我們需要設定密碼並將其繫結到本地主機。

編輯 Redis 組態檔案

開啟 Redis 組態檔案：

$ sudo nano /etc/redis/redis.conf

新增以下行以設定密碼：

requirepass foobared

儲存並重新啟動 Redis 服務：

$ sudo systemctl restart redis.service

使用密碼連線 Redis

現在，您需要使用密碼連線到 Redis：

$ redis-cli -a foobared

Redis 指令碼編寫

自 Redis 2.6 版本起，Redis 支援使用 Lua 程式語言進行伺服器端指令碼編寫。這使得我們可以在 Redis 內部執行多種操作，從而簡化程式碼並提高效能。

為什麼使用 Redis 指令碼編寫？

使用 Lua 指令碼編寫有兩個主要優點：

1. 效能改進：透過減少 Redis 與應用程式伺服器之間的往返次數來提高效能。
2. 原子性：Redis 保證指令碼以原子方式執行，即在指令碼執行期間不會執行其他指令碼或 Redis 命令。

如何使用 Redis 指令碼編寫？

Redis 使用 EVAL 命令來執行 Lua 指令碼。以下是一個簡單的範例：

EVAL 'local val="Hello Compose" return val' 0

此命令執行一個 Lua 指令碼，該指令碼設定一個區域性變數 val 並傳回其值。

鍵和引數

在 Lua 指令碼中，可以使用 KEYS 表來存取鍵，使用 ARGV 表來存取引數。以下是一個範例：

EVAL "return ARGV[1]..' '..KEYS[1]" 1 name:first "Hello"

此指令碼傳回引數與鍵名的串聯結果。

-- 以下是一個簡單的Lua指令碼範例，用於示範如何在Redis中使用Lua指令碼。
local key = KEYS[1]
local value = ARGV[1]
redis.call('SET', key, value)
return redis.call('GET', key)

內容解密：

此 Lua 指令碼首先從 KEYS 表中取得第一個鍵名，並從 ARGV 表中取得第一個引數值。然後，它使用 redis.call 函式將該值設定給指定的鍵。最後，它檢索並傳回該鍵的值。

Redis 指令碼呼叫與 Lua 直譯器

在 Redis 中，使用 Lua 指令碼可以有效地減少應用程式與 Redis 之間的多餘往返請求次數。對於涉及多個鍵的操作或依賴前一次回應的多次操作，使用 Lua 指令碼是最佳選擇。此外，Lua 指令碼還能實作原子寫入操作，但需要注意的是，執行 Lua 指令碼會阻塞其他操作，因此應避免在指令碼中執行耗時的操作。

使用 Lua 直譯器呼叫 Redis 指令碼

Redis 提供了兩種呼叫 Redis 命令的函式：redis.call() 和 redis.pcall()。這兩個函式的主要區別在於處理錯誤的方式不同。

redis.call() 和 redis.pcall() 的區別

• redis.call()：當 Redis 命令執行出錯時，該函式會直接傳回錯誤，終止指令碼的執行。
• redis.pcall()：當 Redis 命令執行出錯時，該函式會捕捉錯誤，並傳回一個包含錯誤訊息的 Lua 表。

-- 使用 redis.call() 呼叫 Redis 命令
local result = redis.call('GET', 'mykey')

-- 使用 redis.pcall() 呼叫 Redis 命令
local result = redis.pcall('GET', 'nonexistentkey')
if type(result) == 'table' and result.err then
    -- 處理錯誤
    print('Error: ' .. result.err)
end

內容解密：

在上述程式碼中，我們展示瞭如何使用 redis.call() 和 redis.pcall() 呼叫 Redis 命令。redis.call() 用於簡單的命令呼叫，而 redis.pcall() 則允許我們捕捉並處理錯誤。

Redis SCRIPT 命令

Redis 提供了 SCRIPT 命令來控制指令碼子系統。以下是一些常用的 SCRIPT 命令：

• SCRIPT LOAD script：將指令碼載入到 Redis 指令碼快取中。
• SCRIPT EXISTS sha1：檢查給定的 SHA1 是否存在於指令碼快取中。
• SCRIPT FLUSH：清空指令碼快取。
• SCRIPT KILL：終止當前正在執行的指令碼。

# 載入 Lua 指令碼到 Redis
redis-cli SCRIPT LOAD "$(cat /path/to/your/script.lua)"

# 檢查指令碼是否存在
redis-cli SCRIPT EXISTS "$(sha1sum /path/to/your/script.lua | cut -d' ' -f1)"

內容解密：

這裡展示瞭如何使用 SCRIPT LOAD 將 Lua 指令碼載入到 Redis，以及如何使用 SCRIPT EXISTS 檢查指令碼是否存在。這些命令對於管理和維護 Redis 中的 Lua 指令碼至關重要。

Redis 資料結構詳解

在設定好 Redis 環境後，我們可以開始深入瞭解 Redis 的資料結構。Redis 是一種鍵值資料函式庫，選擇合適的資料型別對於實作所需的功能至關重要。本章將詳細介紹 Redis 的各種資料結構及其應用場景。

Redis 字串

Redis 字串是最基本的資料型別。它不僅可以用於儲存普通的文字資料，還支援二進位資料。Redis 字串的最大容量可達 512 MB。

特點

• 二進位安全：可以儲存任意型別的資料。
• 通用資料型別：當資料不適合其他 Redis 資料型別時，可以使用字串。
• 可序列化資料：任何型別的資料都可以序列化成字串儲存。

使用案例

• 靜態網頁內容：儲存靜態網頁內容，加快存取速度。
• 快取：快取頻繁存取的資料，減少對後端資料函式庫的負載。
• 計數器：儲存統計資料，如每日使用者存取量。

# 設定一個新的字串鍵或更新現有的鍵
redis-cli SET otp:use_10001 4532 EX 60

內容解密：

在上述範例中，我們使用 SET 命令建立了一個新的 OTP（一次性密碼），並設定其有效期為 60 秒。這展示瞭如何利用 Redis 字串儲存臨時資料，並利用其過期機制自動刪除無效資料。

其他 Redis 資料結構

除了字串，Redis 還提供了多種其他資料結構，包括雜湊（Hashes）、列表（Lists）、集合（Sets）、有序集合（Sorted Sets）、HyperLogLog、位陣列（Bit Arrays）和流（Streams）。每種資料結構都有其特定的應用場景和優勢。

使用 Mermaid 圖表展示 Redis 資料結構

  graph LR;
    A[Redis 資料結構] --> B[字串];
    A --> C[雜湊];
    A --> D[列表];
    A --> E[集合];
    A --> F[有序集合];
    A --> G[HyperLogLog];
    A --> H[位陣列];
    A --> I[流];

圖表翻譯： 此圖示展示了 Redis 支援的多種資料結構，包括字串、雜湊、列表、集合、有序集合、HyperLogLog、位陣列和流。每種資料結構都有其特定的用途和優勢，適用於不同的應用場景。

Redis 字串與雜湊資料結構詳解

Redis 提供了多種資料結構，其中最常用的是字串（Strings）和雜湊（Hashes）。本章將探討這兩種資料結構的使用方法、指令總結以及實際應用案例。

Redis 字串（Strings）

Redis 的字串是一種二進位制安全的資料結構，可以儲存任何型別的資料，如文字、圖片或序列化的物件。字串是 Redis 中最基本的資料型別。

使用範例

> SET company "Hybrowlabs"
OK
> GET company
"Hybrowlabs"
> STRLEN company
(integer) 10
> BITCOUNT company
(integer) 41

在上述範例中，我們使用 SET 指令設定了一個名為 company 的鍵，其值為 "Hybrowlabs"。接著，使用 GET 指令取得該鍵的值。STRLEN 指令用於計算字串的長度，而 BITCOUNT 則計算字串中被設為 1 的位元數量。

計數器操作

Redis 的字串支援計數器操作，如 INCR、INCRBY、DECR 和 DECRBY。這些指令可以對儲存數值型別的字串進行增減操作。

> SET counter 100
OK
> INCR counter
(integer) 101
> INCRBY counter 10
(integer) 111
> DECR counter
(integer) 110
> DECRBY counter 10
(integer) 100

#### 內容解密：

在這個範例中，我們首先設定了一個名為 counter 的鍵，其初始值為 100。接著，我們使用 INCR 指令將其值增加 1，變為 101。使用 INCRBY 指令將其值增加 10，變為 111。然後，使用 DECR 指令將其值減少 1，變為 110。最後，使用 DECRBY 指令將其值減少 10，回到初始值 100。這些計數器操作在需要進行數值增減的場景中非常有用，例如統計網站的存取量。

OTP（一次性密碼）範例

Redis 的過期機制非常適合用於儲存一次性密碼（OTP）。以下是一個使用 Redis 儲存 OTP 的範例：

> SET otp:user_10001 "4532" EX 60
OK
> TTL otp:user_10001
(integer) 50
> GET otp:user_10001
"4532"
> TTL otp:user_10001
(integer) -2
> GET otp:user_10001
(nil)

#### 內容解密：

在這個範例中，我們使用 SET 指令設定了一個名為 otp:user_10001 的鍵，其值為 "4532"，並設定其過期時間為 60 秒。使用 TTL 指令查詢該鍵的剩餘存活時間，當鍵未過期時，傳回剩餘秒數。當鍵過期後，使用 TTL 查詢將傳回 -2，表示該鍵已不存在。使用 GET 指令嘗試取得該鍵的值時，將傳回 (nil)，表示該鍵已過期並被自動刪除。這種機制非常適合用於儲存一次性密碼，因為它能夠自動清除過期的密碼，避免無謂的資料儲存。

Redis 雜湊（Hashes）

Redis 的雜湊是一種鍵值對的集合，類別似於 JSON 物件或 Python 的字典。雜湊非常適合用於儲存物件的屬性。

使用範例

假設我們要儲存一個部落格作者的資訊，可以使用雜湊來實作：

{
    "lastvisit": "April 05, 2020 10:47:00",
    "name": "Suyog Kale",
    "points": 54210,
    "rank": 1,
    "blogposts": 45,
    "reviews": 50,
    "followers": 5609
}

在 Redis 中，我們可以使用 HSET 和 HGETALL 指令來儲存和取得這個物件：

> HSET blogger:10001 lastvisit "April 05, 2020 10:47:00" name "Suyog Kale" points 54210 rank 1 blogposts 45 reviews 50 followers 5609
(integer) 7
> HGETALL blogger:10001
1) "lastvisit"
2) "April 05, 2020 10:47:00"
3) "name"
4) "Suyog Kale"
5) "points"
6) "54210"
7) "rank"
8) "1"
9) "blogposts"
10) "45"
11) "reviews"
12) "50"
13) "followers"
14) "5609"

#### 內容解密：

在這個範例中，我們使用 HSET 指令設定了一個名為 blogger:10001 的雜湊鍵，並一次性設定了多個欄位及其對應的值。使用 HGETALL 指令可以取得該雜湊鍵中所有的欄位和值。這種方式非常適合用於儲存結構化的物件資料，如使用者的詳細資訊或商品的屬性。

部分欄位操作

如果只需要取得或更新雜湊中的部分欄位，可以使用 HMGET 和 HSET 指令：

> HMGET blogger:10001 name points blogposts
1) "Suyog Kale"
2) "54210"
3) "45"
> HSET blogger:10001 lastvisit "April 05, 2020 11:47:00" blogposts 48
(integer) 0

#### 內容解密：

在這個範例中，我們使用 HMGET 指令取得了 blogger:10001 中的部分欄位，包括 name、points 和 blogposts。接著，使用 HSET 指令更新了 lastvisit 和 blogposts 的值。當更新已存在的欄位時，HSET 傳回 0，表示更新操作成功。這種靈活性使得雜湊非常適合用於需要頻繁更新部分屬性的場景。

自增操作

對於數值型別的欄位，可以使用 HINCRBY 等指令進行自增或自減操作：

> HINCRBY blogger:10001 points 100
(integer) 54310

#### 內容解密：

在這個範例中，我們使用 HINCRBY 將欄位名為 points 的值增加 100。這使得我們可以方便地對數值型別的欄位進行原子性的增減操作，這對於需要進行評分、計數等操作的場景非常有用。

Redis 字串與雜湊的操作指令彙總

以下是 Redis 中字串和雜湊相關的操作指令：

字串操作指令

#### 圖表翻譯：

此圖表展示了 Redis 中常用的字串操作指令及其功能描述，包括如何設定和取得值、計算字串長度、以及進行計數器操作等。

  graph LR;
    A[字串操作] --> B[SET - 設定鍵的值];
    A --> C[GET - 取得鍵的值];
    A --> D[STRLEN - 取得字串長度];
    A --> E[BITCOUNT - 統計位元數量];
    A --> F[INCR - 值增加1];
    A --> G[INCRBY - 增加指定數值];
    A --> H[DECR - 值減少1];
    A --> I[DECRBY - 減少指定數值];

圖表翻譯：

此圖表呈現了 Redis 字串操作的程式與過程，包括設定、取得、計算長度、統計位元數量，以及進行計數器操作等步驟，每一步驟對應不同的 Redis 操作命令，這些命令共同構成了 Redis 字串操作的核心功能。

雜湊操作指令

#### 圖表翻譯：

此圖表展示了 Redis 中常用的雜湊操作指令及其功能描述，包括如何設定和取得欄位的值、以及進行自增操作等。

  graph LR;
    A[雜湊操作] --> B[HSET - 設定欄位的值];
    A --> C[HGET - 取得欄位的值];
    A --> D[HGETALL - 取得所有欄位和值];
    A --> E[HMGET - 取得多個欄位的值];
    A --> F[HINCRBY - 增加欄位的值];

圖表翻譯：

此圖表呈現了 Redis 中雜湊操作的程式與過程，包括設定欄位、取得值、取得所有欄位和值，以及進行自增操作等步驟，每一步驟對應不同的 Redis 操作命令，這些命令共同構成了 Redis 中對雜湊資料結構的操作核心，能夠有效地管理和操作結構化資料。

隨著應用程式對效能和可擴充套件性要求的提高，Redis 這類別高效能的記憶體資料函式庫將會扮演越來越重要的角色。未來，我們可以預見 Redis 將會繼續擴充套件其功能，不斷最佳化效能，以滿足日益增長的資料處理需求。同時，開發者也需要深入理解 Redis 的各種資料結構和操作指令，以便更好地利用 Redis 為應用程式提供強大的支援。

總之，掌握 Redis 的字串和雜湊資料結構及其相關操作，將有助於開發者更有效地設計和實作高效能的應用系統，從而提升使用者經驗和系統的整體效能。透過不斷實踐和最佳化，Redis 將繼續在現代應用程式開發中發揮重要作用。