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隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，數(shù)據(jù)管理和處理成為重中之重，數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)管理的重要工具，其重要性愈加顯著。Redis數(shù)據(jù)庫則是受到廣泛關(guān)注的一款開源內(nèi)存鍵值數(shù)據(jù)庫。它采用了靈活的鍵值數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠快速進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作，并且擁有許多高級(jí)功能，如復(fù)制、持久化、發(fā)布/訂閱等。本文將從C語言的角度，介紹如何使用Redis數(shù)據(jù)庫。
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一、Redis數(shù)據(jù)庫介紹
1.1 Redis數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)
Redis是一個(gè)內(nèi)存鍵值數(shù)據(jù)庫，根據(jù)鍵值對(duì)的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。Redis的特點(diǎn)可以為以下三個(gè)方面：
（1）高性能：Redis非?？欤?yàn)樗莾?nèi)存中處理數(shù)據(jù)的，而且所有操作都是原子性操作。
（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式多樣：Redis的鍵值使用字符串類型。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，Redis除了支持基本的字符串類型，還支持許多其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如列表、、有序等。
（3）可擴(kuò)展性強(qiáng)：Redis采用了分布式架構(gòu)，可以將數(shù)據(jù)分布到不同的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上，從而實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展。
1.2 Redis數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用場(chǎng)景
Redis的應(yīng)用場(chǎng)景很廣泛，它主要適用于數(shù)據(jù)訪問量大、讀寫頻繁、對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合。 例如：
（1）緩存：Redis非常適合不經(jīng)常改變的數(shù)據(jù)的緩存，比如文章內(nèi)容、圖片等等。
（2）實(shí)時(shí)消息處理：Redis可以被用來做實(shí)時(shí)消息的推送，通過它可以非常快速地進(jìn)行推送。
（3）排行榜和計(jì)數(shù)器：Redis可以很快地進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和排序，讓你可以實(shí)現(xiàn)各種不同的用途，如文章排名、論壇帖子數(shù)統(tǒng)計(jì)等等。
二、使用C語言實(shí)現(xiàn)Redis數(shù)據(jù)庫操作
C語言是一種高效、可靠的編程語言，據(jù)統(tǒng)計(jì)，高達(dá)70%的底層代碼都是用C語言寫的。因此，本文將從C語言的角度介紹如何使用Redis數(shù)據(jù)庫。
2.1 Redis的安裝和配置
我們需要安裝Redis數(shù)據(jù)庫。Redis是一款跨平臺(tái)的內(nèi)存鍵值數(shù)據(jù)庫，目前提供Windows和Unix/Linux兩種安裝方式。在安裝和配置Redis之前，請(qǐng)先確保你的計(jì)算機(jī)中已安裝C語言編譯器。
安裝Redis之后，在命令行中進(jìn)入Redis數(shù)據(jù)庫的安裝目錄，輸入該語句：redis-server，即可打開Redis服務(wù)。此時(shí)，Redis服務(wù)默認(rèn)啟用了127.0.0.1:6379端口，可使用redis-cli命令來連接服務(wù)端，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作。
2.2 C語言中Redis的使用
接下來，我們就可以使用C語言來操作Redis數(shù)據(jù)庫了。Redis提供了一個(gè)開源庫hiredis，通過該庫，我們可以輕松地使用C語言來連接Redis數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。
具體的C語言操作Redis數(shù)據(jù)庫的方式，如下：
（1）連接Redis數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：
//redis連接
redisContext *redis_conn = redisConnect(“127.0.0.1”, 6379);
if (redis_conn == NULL || redis_conn->err) {
if (redis_conn) {
printf(“#### Redis連接失?。?%s ####\n”, redis_conn->errstr);
redisFree(redis_conn);
} else {
printf(“#### Redis服務(wù)器沒有啟動(dòng) ####\n”);
}
return -1;
}
說明：redisConnect是hiredis庫的API之一，用于建立和Redis數(shù)據(jù)庫的連接，其中“127.0.0.1”為Redis服務(wù)的IP地址，“6379”為Redis服務(wù)的端口號(hào)。如果連接成功，將得到一個(gè)redisContext類型的指針，否則將返回NULL。
（2）向Redis數(shù)據(jù)庫中寫入數(shù)據(jù)：
//往redis里面寫數(shù)據(jù)
redisReply *redis_reply = (redisReply *)redisCommand(redis_conn, “SET my_test_key %s”, “my_test_value”);
if(redis_reply == NULL || redis_reply->type == REDIS_REP_ERROR) {
if(redis_reply) {
printf(“#### 發(fā)生錯(cuò)誤: %s ####\n”, redis_reply->str);
freeReplyObject(redis_reply); //釋放返回結(jié)果對(duì)象
} else {
printf(“#### 發(fā)生錯(cuò)誤，redis_reply為空 ####\n”);
}
redisFree(redis_conn); //釋放redis連接資源
return -1;
}
說明：redisCommand是hiredis庫的API之一，該函數(shù)以printf()函數(shù)的形式寫入操作請(qǐng)求redis的命令，如“SET my_test_key my_test_value”。操作成功之后，返回一個(gè)redisReply類型的指針，否則將返回NULL。
（3）從Redis數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)：
//從redis里面讀數(shù)據(jù)
redis_reply = (redisReply *)redisCommand(redis_conn, “GET my_test_key”;)
if(redis_reply == NULL || redis_reply->type == REDIS_REP_ERROR) {
if(redis_reply) {
printf(“#### 發(fā)生錯(cuò)誤: %s ####\n”, redis_reply->str);
freeReplyObject(redis_reply); //釋放返回結(jié)果對(duì)象
} else {
printf(“#### 發(fā)生錯(cuò)誤，redis_reply為空 ####\n”);
}
redisFree(redis_conn); //釋放redis連接資源
return -1;
}
說明：同樣是使用redisCommand函數(shù)，只不過請(qǐng)求的命令是“GET my_test_key”。操作成功之后，返回一個(gè)redisReply類型的指針，否則將返回NULL。
2.3 C語言操作Redis數(shù)據(jù)庫實(shí)例代碼展示
下面，我們將結(jié)合上述代碼片段，給出一個(gè)完整的C語言實(shí)現(xiàn)Redis數(shù)據(jù)庫的操作代碼：
#include
#include
#include
#include
int mn() {
//redis連接
redisContext *redis_conn = redisConnect(“127.0.0.1”, 6379);
if (redis_conn == NULL || redis_conn->err) {
if (redis_conn) {
printf(“#### Redis連接失?。?%s ####\n”, redis_conn->errstr);
redisFree(redis_conn);
} else {
printf(“#### Redis服務(wù)器沒有啟動(dòng) ####\n”);
}
return -1;
}
//往redis里面寫數(shù)據(jù)
redisReply *redis_reply = (redisReply *)redisCommand(redis_conn, “SET my_test_key %s”, “my_test_value”);
if(redis_reply == NULL || redis_reply->type == REDIS_REP_ERROR) {
if(redis_reply) {
printf(“#### 發(fā)生錯(cuò)誤: %s ####\n”, redis_reply->str);
freeReplyObject(redis_reply); //釋放返回結(jié)果對(duì)象
} else {
printf(“#### 發(fā)生錯(cuò)誤，redis_reply為空 ####\n”);
}
redisFree(redis_conn); //釋放redis連接資源
return -1;
}
//從redis里面讀數(shù)據(jù)
redis_reply = (redisReply *)redisCommand(redis_conn, “GET my_test_key”);
if(redis_reply == NULL || redis_reply->type == REDIS_REP_ERROR) {
if(redis_reply) {
printf(“#### 發(fā)生錯(cuò)誤: %s ####\n”, redis_reply->str);
freeReplyObject(redis_reply); //釋放返回結(jié)果對(duì)象
} else {
printf(“#### 發(fā)生錯(cuò)誤，redis_reply為空 ####\n”);
}
redisFree(redis_conn); //釋放redis連接資源
return -1;
}
printf(“讀取my_test_key的值為：%s\n”, redis_reply->str);
//釋放redis連接資源
freeReplyObject(redis_reply);
redisFree(redis_conn);
return 0;
}
三、
相關(guān)問題拓展閱讀：
- redis源碼解讀：?jiǎn)尉€程的redis是如何實(shí)現(xiàn)高速緩存的？
- redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
redis源碼解讀：?jiǎn)尉€程的redis是如何實(shí)現(xiàn)高速緩存的？
redis可能是最近幾年最火的緩存數(shù)據(jù)庫方案了，在各個(gè)高并發(fā)領(lǐng)域都有應(yīng)用。
這篇文章，我們將從源代碼腔鉛攔的角度來分析一下，為何如此一個(gè)高性能，高應(yīng)用的緩存，會(huì)是單線程的方案，當(dāng)然一個(gè)方案的高性能，高并發(fā)是多方面的綜合因素，其它的因素我們將在后續(xù)解讀。后續(xù)分析主要以LINUX操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，這也是redis應(yīng)用最廣的平臺(tái)。
單線程更大的受限是什么？就是CPU，現(xiàn)在服務(wù)器一般已經(jīng)是多CPU，激扒而單線程只能使用到其中的一個(gè)核。
redis作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存緩存數(shù)據(jù)庫，在實(shí)現(xiàn)高性能時(shí)，主要有4個(gè)點(diǎn)。
1.網(wǎng)絡(luò)高并發(fā)，高流量的數(shù)據(jù)處理。
一個(gè)異步，高效，且對(duì)CPU要求不高的網(wǎng)絡(luò)模型，這個(gè)模型主要是由OS來提供的，目前在LINUX最主流使用的是EPOLL，這個(gè)網(wǎng)上介紹很多，伍胡主要是基于事件驅(qū)動(dòng)的一個(gè)異步模型。
2.程序內(nèi)部的合理構(gòu)架，調(diào)用邏輯，內(nèi)存管理。
redis在采用純C實(shí)現(xiàn)時(shí)，整體調(diào)用邏輯很短，但在內(nèi)存方面，適當(dāng)?shù)暮喜⒘艘恍?duì)象和對(duì)齊，比如sds等，在底層使用了內(nèi)存池，在不同情況下使用的不太一樣。
但整體處理上沒有NGINX的內(nèi)池設(shè)計(jì)巧妙，當(dāng)然二者不太一樣，NGINX是基于請(qǐng)求釋放的邏輯來設(shè)計(jì)的，因此針對(duì)請(qǐng)求，可以一次申請(qǐng)大塊，分量使用，再最后統(tǒng)一釋放。
3.數(shù)據(jù)復(fù)制的代價(jià)，不管是讀取數(shù)據(jù)或是寫入數(shù)據(jù)，一般都是需要有數(shù)據(jù)復(fù)制的過程。
數(shù)據(jù)復(fù)制其實(shí)就是一次內(nèi)存copy，真正的代價(jià)是在于存在大VALUE，當(dāng)value值長(zhǎng)度超過16KB時(shí)，性能會(huì)開始下降。因?yàn)閱尉€程的原因，如果存在一個(gè)超大VALUE，比如20MB，則會(huì)因?yàn)檫@個(gè)請(qǐng)求卡住整個(gè)線程，導(dǎo)致后續(xù)的請(qǐng)求進(jìn)不來，雖然后面的請(qǐng)求是能快速處理的小請(qǐng)求。
4.redis中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中算法的代價(jià)，有些結(jié)構(gòu)在大數(shù)據(jù)量時(shí)，代價(jià)是很高的。
很多時(shí)間，大家忽略了算法的運(yùn)算代碼，因?yàn)橄駇emcached等這類是完全的KV緩存，不存在什么算法，除了一個(gè)KEY的查找定位HASH算法。
而redis不一樣，提供了不少高階的數(shù)據(jù)對(duì)象，這些對(duì)象具有上層的一些算法能力，而這些能力是需要比如GEO模塊。
redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
Redis是一種存儲(chǔ)key-value的內(nèi)存型數(shù)據(jù)庫，它的key都是字符串類型，value支持存儲(chǔ)5種類型的數(shù)據(jù)：String（字符串類型）、List（列表類型）、Hash（哈希表類型、即key-value類型）、Set（無序類型，元素不可重復(fù)）、Zset（有序類型，元素不可重復(fù)）。
針對(duì)這5種數(shù)據(jù)類型，Redis在底層都是使用的redisObject對(duì)象表示的。redisObject有3個(gè)重要的屬性：type、encoding、ptr。
其中，type表示value的數(shù)據(jù)類型，也就是我們上面說的5種數(shù)據(jù)類型（REDIS_STRING、REDIS_LIST、REDIS_HASH、REDIS_SET、REDIS_ZSET）；encoding表示value的編碼，即底層使用了哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；ptr是一個(gè)指向保存value的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針。
其中type和ptr屬性不用做過多的解釋，一看就知道什么意思，本篇文章主要分析value的encoding編碼，也就是不同數(shù)據(jù)類型的value對(duì)應(yīng)的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么以及數(shù)蔽余據(jù)結(jié)構(gòu)的原理分析。
Redis（Remote Dictionary Server )，即遠(yuǎn)程字典服務(wù)，是一個(gè)開源的使用ANSI C語言編寫、支持網(wǎng)絡(luò)、磨清可基于內(nèi)存亦可持久瞎并前化的日志型、Key-Value數(shù)據(jù)庫，并提供多種語言的API。
redis是一個(gè)key-value存儲(chǔ)系統(tǒng)。和Memcached類似，它支持存儲(chǔ)的value類型相對(duì)更多，包括string(字符串)、list(鏈表)、set()、zset(sorted set –有序)和hash（哈希類型）。這些數(shù)據(jù)類型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更豐富的操作，而且這些操作都是原子性的。
在此基礎(chǔ)上，redis支持各種不同方式的排序。與memcached一樣，為了保證效率，數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)存中。區(qū)別的是redis會(huì)周期性的把更新的數(shù)據(jù)寫入磁盤或者把修改操作寫入追加的記錄文件，并且在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了master-slave(主從)同步。
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