Redis中的键值对设计

曾经终败给现在 2022-08-04 13:00 199阅读 0赞

丰富的数据结构使得redis的设计非常的有趣。不像关系型数据库那样，DEV和DBA需要深度沟通，review每行sql语句，也不像memcached那样，不需要DBA的参与。redis的DBA需要熟悉数据结构，并能了解使用场景。

下面举一些常见适合kv数据库的例子来谈谈键值的设计，并与关系型数据库做一个对比，发现关系型的不足之处。

用户登录系统

记录用户登录信息的一个系统， 我们简化业务后只留下一张表。

关系型数据库的设计

user\_id表的主键，name表示用户名，login\_times表示该用户的登录次数，每次用户登录后，login\_times会自增，而last\_login\_time更新为当前时间。

redis的设计

关系型数据转化为KV数据库，我的方法如下：

key 表名：主键值：列名

value 列值

一般使用冒号做分割符，这是不成文的规矩。比如在php-admin for redis系统里，就是默认以冒号分割，于是user:1 user:2等key会分成一组。于是以上的关系数据转化成kv数据后记录如下：

这样在已知主键的情况下，通过get、set就可以获得或者修改用户的登录次数和最后登录时间和姓名。

一般用户是无法知道自己的id的，只知道自己的用户名，所以还必须有一个从name到id的映射关系，这里的设计与上面的有所不同。

这样每次用户登录的时候业务逻辑如下(python版)，r是redis对象，name是已经获知的用户名。

如果需求仅仅是已知id，更新或者获取某个用户的最后登录时间，登录次数，关系型和kv数据库无啥区别。一个通过btree pk，一个通过hash，效果都很好。

假设有如下需求，查找最近登录的N个用户。开发人员看看，还是比较简单的，一个sql搞定。

DBA了解需求后，考虑到以后表如果比较大，所以在last\_login\_time上建个索引。执行计划从索引leafblock 的最右边开始访问N条记录，再回表N次，效果很好。

过了两天，又来一个需求，需要知道登录次数最多的人是谁。同样的关系型如何处理?DEV说简单

DBA一看，又要在login\_time上建立一个索引。有没有觉得有点问题呢，表上每个字段上都有素引。

关系型数据库的数据存储的的不灵活是问题的源头，数据仅有一种储存方法，那就是按行排列的堆表。统一的数据结构意味着你必须使用索引来改变sql的访问路径来快速访问某个列的，而访问路径的增加又意味着你必须使用统计信息来辅助，于是一大堆的问题就出现了。

没有索引，没有统计计划，没有执行计划，这就是kv数据库。

redis里如何满足以上的需求呢? 对于求最新的N条数据的需求，链表的后进后出的特点非常适合。我们在上面的登录代码之后添加一段代码，维护一个登录的链表，控制他的长度，使得里面永远保存的是最近的N个登录用户。

这样需要获得最新登录人的id，如下的代码即可

另外，求登录次数最多的人，对于排序，积分榜这类需求，sorted set非常的适合，我们把用户和登录次数统一存储在一个sorted set里。

这样假如某个用户登录，额外维护一个sorted set，代码如此

那么如何获得登录次数最多的用户呢，逆序排列取的排名第N的用户即可

可以看出，DEV需要添加2行代码，而DBA不需要考虑索引什么的。

TAG系统

tag在互联网应用里尤其多见，如果以传统的关系型数据库来设计有点不伦不类。我们以查找书的例子来看看redis在这方面的优势。

关系型数据库的设计

两张表，一张book的明细，一张tag表，表示每本的tag，一本书存在多个tag。

<table style="padding:0px; margin:0px auto; font-size:14px; font-family:微软雅黑; color:rgb(51,51,51); line-height:21px; border:1px dotted rgb(204,204,204); table-layout:fixed"> 
 <tbody style="padding:0px; margin:0px"> 
  <tr style="padding:0px; margin:0px"> 
   <td style="padding:0px; margin:0px; font-size:14px; font-family:微软雅黑; word-wrap:break-word"> mysql&gt;&nbsp;select&nbsp;*&nbsp;from&nbsp;book;&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> +------+-------------------------------+----------------+&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> |&nbsp;id&nbsp;&nbsp;&nbsp;|&nbsp;name&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;|&nbsp;author&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;|&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> +------+-------------------------------+----------------+&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> |&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;1&nbsp;|&nbsp;The&nbsp;Ruby&nbsp;Programming&nbsp;Language&nbsp;|&nbsp;Mark&nbsp;Pilgrim&nbsp;&nbsp;&nbsp;|&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> |&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;1&nbsp;|&nbsp;Ruby&nbsp;on&nbsp;rail&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;|&nbsp;David&nbsp;Flanagan&nbsp;|&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> |&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;1&nbsp;|&nbsp;Programming&nbsp;Erlang&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;|&nbsp;Joe&nbsp;Armstrong&nbsp;&nbsp;|&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> +------+-------------------------------+----------------+&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> <br style="padding:0px; margin:0px"> mysql&gt;&nbsp;select&nbsp;*&nbsp;from&nbsp;tag;&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> +---------+---------+&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> |&nbsp;tagname&nbsp;|&nbsp;book_id&nbsp;|&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> +---------+---------+&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> |&nbsp;ruby&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;|&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;1&nbsp;|&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> |&nbsp;ruby&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;|&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;2&nbsp;|&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> |&nbsp;web&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;|&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;2&nbsp;|&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> |&nbsp;erlang&nbsp;&nbsp;|&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;3&nbsp;|&nbsp;<br style="padding:0px; margin:0px"> +---------+---------+</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

假如有如此需求，查找即是ruby又是web方面的书籍，如果以关系型数据库会怎么处理?

tag表自关联2次再与book关联，这个sql还是比较复杂的，如果要求即ruby，但不是web方面的书籍呢?

关系型数据其实并不太适合这些集合操作。

redis的设计

首先book的数据肯定要存储的，和上面一样。

tag表我们使用集合来存储数据，因为集合擅长求交集、并集

那么，即属于ruby又属于web的书?

即属于ruby，但不属于web的书?

属于ruby和属于web的书的合集?

简单到不行阿。

从以上2个例子可以看出在某些场景里，关系型数据库是不太适合的，你可能能够设计出满足需求的系统，但总是感觉的怪怪的，有种生搬硬套的感觉。

尤其登录系统这个例子，频繁的为业务建立索引。放在一个复杂的系统里，ddl(创建索引)有可能改变执行计划。导致其它的sql采用不同的执行计划，业务复杂的老系统，这个问题是很难预估的，sql千奇百怪。要求DBA对这个系统里所有的sql都了解，这点太难了。这个问题在oracle里尤其严重，每个DBA估计都碰到过。对于MySQL这类系统，ddl又不方便(虽然现在有online ddl的方法)。碰到大表，DBA凌晨爬起来在业务低峰期操作，这事我没少干过。而这种需求放到redis里就很好处理，DBA仅仅对容量进行预估即可。

未来的OLTP系统应该是kv和关系型的紧密结合。