Redis批量查询的四种方式详解

目录

• 引言
• 1.为什么需要批量执行命令
• 2.字符串 MGET命令
• 3.哈希表 HMGET命令
• 4.管道技术
• 5.Lua 脚本
• 5.1 Eval
• 5.2 EvalSHA
• 5.3 springboot例子
• 6 总结

引言

在高并发场景下，巧妙地利用缓存批量查询技巧能够显著提高系统性能。

在笔者看来，熟练掌握细粒度的缓存使用是每位架构师必备的技能。因此，在本文中，我们将深入探讨 Redis 中批量查询的一些技巧，希望能够给你带来一些启发。

1.为什么需要批量执行命令

下图展示了客户端与服务端交互的流程：

每次客户端发送一个一个请求命令，Redis 服务端接收到命令后，将命令放在队列内，一个一个命令执行，并将结果返回。

批量执行命令有三点优势：

提高命令执行效率

• 减少了网络延迟，从而提高了 Redis 服务器的响应速度。批量执行减少了每个命令的单独网络传输开销，有效降低了往返时间（RTT）。

简化客户端逻辑

• 通过将多个命令封装成一个操作，客户端的处理逻辑变得更加简洁和清晰。这使得客户端代码更易读、易维护。

提升事务性能

• 批量执行命令能够确保一组命令在同一时间内执行，从而提高了事务的性能。这对于需要保持原子性的操作尤为重要，确保一组命令要么全部执行成功，要么全部失败。

接下来，我们详细讲解批量查询的四种方式。

• 字符串 M编程客栈GET命令
• 哈希表 HMGET命令
• 管道技术
• Lua 脚本

2.字符串 MGET命令

MGET 是 Redis 中的一个命令，用于批量获取多个字符串键的值。它接受一个或多个键作为参数，返回与这些键关联的值。

以下是一个简要的描述：

• key1, key2, ..., keyN：要获取值的键列表。
• MGET 返回一个包含相应值的列表，如果键不存在，则对应的位置返回 nil。

该命令主要用于一次性获取多个键的值，可以减少多次单独查询的开销，提高效率。

接下来，我们展示 SpringBoot 项目展示如何使用 MGET 命令。

图中，我们分别设置（key：a , b , c） 三个 key 的值，然后定义一个列表对象 keys， 列表中包含了一个不存在的键 "d"。

当我们使用 MULTIGET 命令查看结果时，发现返回的结果是一个列表对象，列表对象的大小是 4，同时第三个对象值为 NULL ，也就是键 “d” 对应的值为 nil。

3.哈希表 HMGET命令

HMGET 是 Redis 中的命令之一，用于获取哈希表中指定字段的值。

它接受一个哈希表的键以及一个或多个字段名作为参数，返回与这些字段名关联的值。以下是 HMGET 命令的基本语法：

如果给定的域不存在于哈希表，那么返回一个 nil 值。

因为不存在的 key 被当作一个空哈希表来处理，所以对一个不存在的 key 进行 HMGET 操作将返回一个只带有 nil 值的表。

接下来，我们展示 SpringBoot 项目展示如何使用 HMGET 命令。

首先分别设置键为 "myhashkey" 下的三个字段（field）的值 ，然后定义需要查询的字段集合 fields ，最后调用哈希表的 HMGET 命令。

和 MGET命令的结果类似，spring data redis 会将结果封装成 List 对象，列表对象的大小是 4，同时第三个对象值为 NULL ，因为字段 “d” 对应的值为 nil。

4.管道技术

Redis Pipeline（管道）命令是一种优化网络通信的技术，可以将多个命令一次性发送给 Redis 服务器，可以减少客户端与 Redis 服务器之间的网络通信次数。

客户端将多个命令一次性发送给 Redis 服务器，Redis 服务器缓存这些命令，并一次性执行，最后将执行结果一次性返回给客户端。

通过使用 Redis Pipeline，显而易见的好处是避免了在每个命令执行时都进行一次网络通信，从而显著降低了时间开销。

1 次 pipeline（n条命令） = 1 次网络时间 + 执行n 条命令时间

接下来，我们展示 SpringBoot 项目展示如何使用 Pipeline 管道命令。

首先分别设置三个键（key：a, b, c）的值，然后分别设置键为 "myhashkey" 下的三个字段（field）的值， 最后调用 Pipeline 执行多个命令，并获取结果。

需要注意的是：

• Redis Cluster 中 Pipeline 命令操作可能无法保证原子性！

由于 Redis Cluster 采用的是分片机制，这些键无法保证所有的 key 都在同一区域的哈希槽上。因此，即使使用了 Pipeline，每个命令仍可能在不同的节点上进行处理，导致多个命令的执行不在同一时刻。

• Pipeline 能执行有依赖关系的命令吗？

不可以。如果 Pipeline 中后一个命令的执行依赖于前一个命令的执行结果，Pipeline 无法满足这样的需求。

• Pipeline 对发送的命令有数量限制吗？

虽然命令可以一次性发给 Redis 服务端，但是考虑到带宽等情况，建议不要超过500个命令，或者根据实际命令的数据类型和大小进行调整。这样可以避免潜在的性能问题。

5.Lua 脚本

Redis Lua 脚本是一种在 Redis 服务器上执行的脚本语言，基于 Lua 编程语言。

这种脚本可以包含多个 Redis 命令，而且它们在 Redis 服务器上以原子性操作的方式执行。通过使用 Lua 脚本，你可以在服务器端执行一系列的 Redis 命令，而不需要将它们一条一条地发送到服务器。

Redis 执行 Lua 脚本有两种执行方式：Eval 和 EvalSHA 。

5.1 Eval

EVAL命令的执行过程主要可以分为三个步骤：

• 根据客户端提供的 Lua 脚本，在 Lua 环境中定义一个 Lua 函数。

  Lua 函数的名称实际上是以 "f_" 为前缀加上脚本本身计算出的 SHA1 值，例如 f_dd编程fsdfjgjbg33rndgj00，其中 SHA1 的长度为40字符。函数体则是脚本本身。

• 将客户端提供的脚本保存到 lua_scripts 字典中。简单来说，就是添加编程客栈一个键值对，其中键是 Lua 脚本的 SHA1 校验和，值是 Lua 脚本本身。这主要是为了以后能够复用这个脚本。
• 执行第一步在 Lua 环境中定义的函数，从而执行客户端提供的 Lua 脚本。这个过程利用了在步骤二中保存的 SHA1 校验和来调用对应的 Lua 函数。

这个流程使得 Redis 能够高效地处理客户端提供的 Lua 脚本，同时通过缓存 SHA1 校验和，可以减少重复传输脚本的开销，提高效率。

在Redis中，使用了 Key 列表和参数列表来为Lua脚本提供更多的灵活性，执行 Eval 命令的格式为：

下图演示下 Lua 如何调用 Redis 命令 ，通过redis.call()来执行了 Redis 命令 。

5.2 EvalSHA

与 EVAL 不同，EVALSHA 的主要目的是通过脚本的 SHA1 校验和来执行预先在服务器端加载的 Lua 脚本，从而避免重复传输脚本的开销。

使用步骤：

1、加载 Lua 脚本到 Redis 服务端：

首先，将 Lua 脚本加载到 Redis 服务端。这可以通过 SCRIPT LOAD 命令完成。执行 SCRIPT LOAD 后，会返回一个 SHA1 校验和，该值唯一标识了加载的 Lua 脚本。

这会返回SHA1 校验和: a1104f2250e5dd9fc10c3c681ddb389e7bd4a2cf。

2、执行 Lua 脚本：

一旦 Lua 脚本被加载并获得了 SHA1 校验和，之后就可以使用 EVALSHA 命令来执行该脚本。

5.3 springboot例子

首先分别设置三个键（key：a, b, c）的值，然后分别设置键为 "myhashkey" 下的三个字段（field）的值， 并编写 Lua 脚本，执行 Lua 脚本并获取结果。

6 总结

本文介绍了Redis 中批量查询的四种技巧：

1、MGET（批量获取字符串值）：

简单直接，适用于批量获取字符串值的场景。

2、HMGET（批量获取哈希表字段值）：

适用于批量获取哈希表中的字段值，可以在一个命令中获取多个字段。

3、Pipeline（管道）：

最小化网络开销，一次性发送多个不同的命令，管道中的命令按照执行顺序依次执行，减少往返时间。高并发场景下，可以显著提高性能。

4、Lua脚本：

使用 Lua 脚本的好处 ：

• 减少网络开销。将多个请求通过脚本的形式一次发送，减少网络时延。
• 原子操作。Redis会将整个脚本作为一个整体执行，中间不会被其他命令插入。
• 复用。客户端发送的脚本会永久存在 Redis 中，其他客javascript户端可以复用这一脚本而不需要使用代码完成相同的逻辑。

当然 使用 Lua 脚本也会有瑕疵，编写和维护相对复杂。

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