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Redis哈希数据结构和常用命令

Redis 中哈希结构就如同 Java 的 map 一样,一个对象里面有许多键值对,它是特别适合存储对象的,如果内存足够大,那么一个 Redis 的 hash 结构可以存储 2 的 32 次方减 1 个键值对(40 多亿)。

一般而言,不会使用到那么大的一个键值对,所以我们认为 Redis 可以存储很多的键值对。在 Redis 中,hash 是一个 String 类型的 field 和 value 的映射表,因此我们存储的数据实际在 Redis 内存中都是一个个字符串而已。

假设角色有 3 个字段:编号(id)、角色名称(roleName)和备注(note),这样就可以使用一个 hash 结构保存它,它的内存结果如表 1 所示。
表 1 角色hash结构
role_1
field value
id 001
roleName role_name_001
note note_001

在 Redis 中它就是一个这样的结构,其中 role_1 代表的是这个 hash 结构在 Redis 内存的 key,通过它就可以找到这个 hash 结构,而 hash 结构由一系列的 field 和 value 组成,下面用 Redis 的命令来保存角色对象,如图 1 所示。

使用Redis命令保存角色对象
图 1  使用Redis命令保存角色对象

上面的命令保存了一个角色对象。在 Redis 中,角色对象是通过键 role_1 来索引的,而角色本身是一个如表 1 所示的 hash 结构。hash 的键值对在内存中是一种无序的状态,我们可以通过键找到对应的值。

Redis hash 结构命令,如表 2 所示。
表 2 Redis hash结构命令
命   令 说   明 备   注
hdel key field1[field2......] 删除 hash 结构中的某个(些)字段 可以进行多个字段的删除
hexists key field 判断 hash 结构中是否存在 field 字段 存在返回 1,否则返回 0
hgetall key 获取所有 hash 结构中的键值  返回键和值
hincrby key field increment 指定给 hash 结构中的某一字段加上一个整数 要求该字段也是整数字符串
hincrbyfloat key field increment 指定给 hash 结构中的某一字段加上一个浮点数 要求该字段是数字型字符串
hkeys key 返回 hash 中所有的键 ——
hlen key 返回 hash 中键值对的数量 ——
hmget key field1[field2......] 返回 hash 中指定的键的值,可以是多个 依次返回值
hmset key field1 value1 [field2 field2......] hash 结构设置多个键值对 ——
hset key filed value 在 hash 结构中设置键值对 单个设值
hsetnx key field value 当 hash 结构中不存在对应的键,才设置值 ——
hvals key 获取 hash 结构中所有的值 ——

从表 2 中可以看出,在 Redis 中的哈希结构和字符串有着比较明显的不同。

首先,命令都是以 h 开头,代表操作的是 hash 结构。其次,大多数命令多了一个层级 field,这是 hash 结构的一个内部键,也就是说 Redis 需要通过 key 索引到对应的 hash 结构,再通过 field 来确定使用 hash 结构的哪个键值对。

下面通过 Redis 的这些操作命令来展示如何使用它们,如图 2 所示。

Redis的hash结构命令展示
图 2  Redis 的 hash 结构命令展示

从图 2 中可以看到,Redis 关于哈希结构的相关命令。这里需要注意的是:

哈希结构的大小,如果哈希结构是个很大的键值对,那么使用它要十分注意,尤其是关于 hkeys、hgetall、hvals 等返回所有哈希结构数据的命令,会造成大量数据的读取。这需要考虑性能和读取数据大小对 JVM 内存的影响。

对于数字的操作命令 hincrby 而言,要求存储的也是整数型的字符串,对于 hincrbyfloat 而言,则要求使用浮点数或者整数,否则命令会失败。

有了上面的描述,读者应该对 hash 结构有了一定的认识,也知道如何使用命令去操作它,现在讨论如何使用 Spring 去操作 Redis 的 hash 结构,由于 Spring 对 Redis 进行了封装,所以有必要对 RedisTemplate 的配置项进行修改。下面先修改 RedisTemplate 的配置,代码如下所示。
<bean id="jdkSerializationRedisSerializer"
        class="org.springframework.data.redis.serializer.JdkSerializationRedisSerializer" />
......
<bean id="stringRedisSerializer"
        class="org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer" />
<bean id="redisTemplate" class="org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate">
    <property name="connectionFactory" ref="connectionFactory" />
    <property name="defaultSerializer" ref="stringRedisSerializer"/>
    <property name="keySerializer" ref="stringRedisSerializer" />
    <property name="valueSerializer" ref="jdkSerializationRedisSerializer" />
</bean>
这段代码是参考前面代码编写的,所以做了一定的省略。这里把 Spring 提供的 RedisTemplate 的默认序列化器(defaultSerializer)修改为了字符串序列化器。因为在 Spring 对 hash 结构的操作中会涉及 map 等其他类的操作,所以需要明确它的规则。

这里只是指定默认的序列化器,如果想为 hash 结构指定序列化器,可以使用 RedisTemplate 提供的两个属性 hashKeySerializer 和 hashValueSerializer,来为 hash 结构的 field 和 value 指定序列化器。做了这样的修改我们用 Spring 来完成图 2 的功能,代码如下所示。
public static void testRedisHash()  {
    ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
    RedisTemplate redisTemplate =  applicationcontext.getBean(RedisTemplate.class);
    String key = "hash";
    Map<String, String> map = new HashMap<String,String>();
    map.put("f1", "val1");
    map.put("f2", "val2");
    // 相当于hmset命令
    redisTemplate.opsForHash().putAll(key, map);
    // 相当于hset命令
    redisTemplate.opsForHash().put(key, "f3", "6");
    printValueForhash (redisTemplate, key, "f3");
    // 相当于 hexists key filed 命令
    boolean exists = redisTemplate.opsForHash().hasKey(key, "f3");
    System.out.println(exists);
    // 相当于hgetall命令
    Map keyValMap = redisTemplate.opsForHash().entries(key);
    //相当于hincrby命令
    redisTemplate.opsForHash().increment(key, "f3",2);
    printValueForhash (redisTemplate, key, "f3");
    //相当于hincrbyfloat命令
    redisTemplate.opsForHash().increment (key, "f3", 0.88);
    printValueForhash(redisTemplate, key, "f3");
    //相当于hvals命令
    List valueList = redisTemplate.opsForHash().values(key);
    //相当于hkeys命令
    Set keyList = redisTemplate.opsForHash().keys(key);
    List<String> fieldList = new ArrayList<String>();
    fieldList.add("f1");
    fieldList.add("f2");
    //相当于hmget命令
    List valueList2 = redisTemplate.opsForHash().multiGet(key, keyList);
    //相当于hsetnx命令
    boolean success = redisTemplate.opsForHash () .putlfAbsent(key, "f4", "val4");
    System.out.println(success);
    //相当于hdel命令
    Long result = redisTemplate.opsForHash().delete(key, "fl", "f2");
    System.out.println(result);   
}
private static void printValueForhash(RedisTemplate redisTemplate,String key,String field) {
    //相当于hget命令
    Object value = redisTemplate.opsForHash().get(key,field);
    System.out.println(value);
}
以上代码笔者做了比较详细的注解,相信读者也不难理解,不过需要注意以下几点内容:

1)hmset 命令,在 Java 的 API 中,是使用 map 保存多个键值对在先的。

2)hgetall 命令会返回所有的键值对,并保存到一个 map 对象中,如果 hash 结构很大,那么要考虑它对 JVM 的内存影响。

3)hincrby 和 hincrbyFloat 命令都采用 increment 方法,Spring 会识别它具体使用何种方法。

4)redisTemplate.opsForHash().values(key) 方法相当于 hvals 命令,它会返回所有的值,并保存到一个 List 对象中;而 redisTemplate.opsForHash().keys(key) 方法相当于 hkeys 命令,它会获取所有的键,保存到一个 Set 对象中。

5)在 Spring 中使用 redisTemplate.opsForHash().putAll(key,map) 方法相当于执行了 hmset 命令,使用了 map,由于配置了默认的序列化器为字符串,所以它也只会用字符串进行转化,这样才能执行对应的数值加法,如果使用其他序列化器,则后面的命令可能会抛出异常。

6)在使用大的 hash 结构时,需要考虑返回数据的大小,以避免返回太多的数据,引发 JVM 内存溢出或者 Redis 的性能问题。

运行以上代码,可以得到这样的输出结果:

运行结果
图 3  运行结果

操作成功了,按照类似的代码就可以在 Spring 中顺利操作 Redis 的 hash 结构了。

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