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Resumen

Redis es un sistema de almacenamiento em memoria de alto rendimiento. Pertenece a a la familia de bases d datos clave-valor dentro de las bases de datos NoSQL. Dado su modelo de almacenamiento permite su despliegue en cluster. De cara al desarrollo cuenta con gran cantidad de clientes para su uso en aplicaciones. En este tutorial realizaremos una pequeña introducción a Redis, su instalación y presentaremos los comandos básicos.

Objetivos

  • Conocer las ventajas que aporta Redis y cómo puede complementar otros sistemas de almacenamiento (p.e. caché de llamadas a APIs)

  • Realizar distintos tipos de instalación

  • Utilizar los comandos básicos

Tip

Enlaces de interés:

1. Introducción a las bases de datos clave-valor

  • Tabla hash

  • Usadas cuando todos los accesos son vía clave primaria

  • Ofrecen gran rendimiento

  • Fácilmente escalables

  • El valor es un blob que la BD almacena, sin preocuparse de qué hay dentro. Son las aplicaciones las que comprenden qué hay almacenado

Ranking de las bases de datos clave-valo en DB-Engines.com

2. Redis como base de datos clave-valor

Redis is an open source (BSD licensed), in-memory data structure store used as a database, cache, message broker, and streaming engine. Redis provides data structures such as strings, hashes, lists, sets, sorted sets with range queries, bitmaps, hyperloglogs, geospatial indexes, and streams. Redis has built-in replication, Lua scripting, LRU eviction, transactions, and different levels of on-disk persistence via Redis Sentinel and automatic partitioning with Redis Cluster. (https://redis.io/docs/about/)

Tutorial Try Redis

2.1. Instalación

2.2. Configuración de Redis

  • Parámeteros en redis.conf (muy bien descrito)

  • Algunos parámetros de interés

    • daemonize (ejecución como daemon)

    • port (puerto de escucha)

    • bind (IPs a las que se escucha)

    • timeout (corte a clientes inactivos)

    • databases (número de bases de datos)

    • save (retraso en almacenamiento en disco)

    • dbfilename (nombre del archivo de la BD. En /src)

    • slaveof (para Replicación Maestro-Esclavo)

      • Cada servidor tiene su propio redis.conf`

2.3. Snapshotting

  • Redis no almacena directamente en disco. Hay un retraso (Se pueden perder algunos datos)

  • En redis.conf se especifica número de cambios ocurridos antes de almacenar en disco

    • Valores predeterminados

      save 900 1
save 300 10
save 60 10000

  • También es posible no almacenar nada en disco

2.4. Archivo Append-Only

  • Redis es persistente eventualmente de forma predeterminada

    • Escritura en disco a intervalos o a petición del cliente (SAVE)

  • Redis dispone del archivo appendonly.aof que guarda un registro para cada operación de escritura

    • Es un log

    • Si el servidor cae antes de escribir en disco, cuando vuelva a estar disponible incluirá lo que esté pendiente

  • Activación:

    • appendonly yes (Archivo redis.conf)

  • Actualización

    • Compromiso entre consistencia y velocidad

      • Ajustable en redis.conf con appendfsync

      • Valores

        # appendfsync always
appendfsync everysec (Valor más habitual)
# appendfsync no

2.5. Monitorización del rendimiento

  • Utilidad redis-benchmark

    • Conexión al puerto 6379

    • 10.000 peticiones

    • 50 clientes paralelos

    • Operaciones SET, GET, INCR, LPUSH, LPOP, SADD, SPOP, LRANGE (100, 300, 500, 600) y MSET

  • Cambio número de peticiones

    • redis-benchmark –n numeroPeticiones

2.6. Clientes

Many languages have Redis bindings, including:

3. Operaciones básicas

3.1. SET y GET

SET ual "https://www.ual.es"
"OK"

GET ual
"https://www.ual.es"

MSET ugr "https://www.ugr.es" uma "https://www.uma.es"
"OK"

MGET ugr uma
1) "https://www.ugr.es"
2) "https://www.uma.es"

DEL uma
(integer) 1

GET uma
"(nil)"

Ejemplos de uso

  • Acortar URLs

    • clave: URL corta

    • valor: URL original

  • Caché de llamadas a APIs

    • clave: URL llamada API

    • valor: contenido de la respuesta a la llamada

3.2. Operaciones INCR y DECR

SET count 1
"OK"

INCR count
(integer) 2

GET count
"2"

INCRBY count 10
(integer) 12

DECRBY count 5
(integer) 7

GET count
"7"

SET cadena "Hola"
"OK"

INCR cadena
"ERR value is not an integer or out of range"

3.3. APPEND

EXISTS myKey
"(nil)"

APPEND myKey "Hello"
(integer) 5

APPEND myKey " World!!"
(integer) 13

GET myKey
"Hello World!!"

3.4. Listas

  • Colecciones ordenadas de elementos que actúan como pilas y colas

  • Permiten también inserción en cualquier parte

  • Pueden contener valores repetidos

Ejemplos de uso

Almacenamiento de los sitios preferidos de usuarios

3.4.1. Sintaxis básica

  • LPUSH key value [value …​] (También RPUSH)

    • Prepend one or multiple values to a list

  • LPOP key (También RPOP)

    • Remove and get the first element in a list

  • LRANGE key start stop

    • Get a range of elements from a list

  • LSET key index value

    • Set the value of an element in a list by its index

  • LREM key count value

    • Remove elements from a list

  • LLEN key

    • Get the length of a list

  • LINDEX key index

    • Get an element from a list by its index

  • LINSERT key BEFORE|AFTER pivot value

    • Insert an element before or after another element in a list

Ejemplos

LPUSH colores amarillo
(integer) 1

LPUSH colores rojo
(integer) 2

RPUSH colores verde
(integer) 3

LRANGE colores 0 -1
1) "rojo"
2) "amarillo"
3) "verde"

LRANGE colores 1 2
1) "amarillo"
2) "verde"

LPOP colores
"rojo"

LRANGE colores 0 -1
1) "amarillo"
2) "verde"

LSET colores 0 rojo
"OK"

LRANGE colores 0 -1
1) "rojo"
2) "verde"

LINDEX colores 1
"verde"

LINSERT colores before verde amarillo
(integer) 3

LRANGE colores 0 -1
1) "rojo"
2) "amarillo"
3) "verde"

LLEN colores
(integer) 3

3.5. Listas bloqueadas

  • El cliente (suscriptor) se suscribe con un timeout (en segundos) con BRPOP | BLPOP elemento timeout

  • El cliente queda bloqueado esperando hasta que haya un valor o hasta que se produzca el timeout

  • Un grupo de usuarios (publishers) escriben (push) en una lista y un usuario cliente saca (pop) elementos de la lista.

Suscriptor

Publicador

www.xxx.yyy.zzz:6379> echo "Soy el suscriptor"

"Soy el suscriptor"

BRPOP comments 300

Bloqueado hasta publicación o timeout

echo "Soy el productor de elementos"

"Soy el productor de elementos"

> LPUSH comments "Mi comentario"

(integer) 1

Desbloqueado por la publicación

1) "comments"

2) "Mi comentario"

(220.57s) ← Tiempo transcurrido para la publicación por parte del suscriptor

3.6. Conjuntos

  • Colecciones no ordenadas de elementos

  • No permiten duplicados

  • Permiten operaciones de unión, intersección y diferencia

Ejemplos de uso

Posts agrupados por palabras clave

Sintaxis

  • SADD key member [member …​]

    • Add one or more members to a set

  • SREM key member [member …​]

  • Remove one or more members from a set

  • SPOP key

    • Remove and return a random member from a set

  • SMEMBERS key

    • Get all the members in a set

  • SCARD key

    • Get the number of members in a set

Ejemplos

GET semaforo
"(nil)"

SADD semaforo rojo amarillo verde
(integer) 3

SMEMBERS semaforo
1) "amarillo"
2) "verde"
3) "rojo"

SREM semaforo amarillo
(integer) 1

SPOP semaforo
"verde"

SMEMBERS semaforo
1) "rojo"

SADD semaforo amarillo verde
(integer) 2

SCARD semaforo
(integer) 3

SADD semaforo amarillo
(integer) 1

SMEMBERS semaforo
1) "amarillo"
2) "verde"
3) "rojo"

3.6.1. Operaciones comunes de conjuntos

Sintaxis

  • SUNION key [key …​]

    • Add multiple sets

  • SDIFF key [key …​]

    • Subtract multiple sets

  • SINTER key [key …​]

    • Intersect multiple sets

  • SISMEMBER key member

    • Determine if a given value is a member of a set

Ejemplos

SADD arcoIris rojo naranja amarillo verde azul añil violeta
(integer) 7

SUNION semaforo arcoIris
1) "azul"
2) "a\xc3\xb1il"
3) "naranja"
4) "verde"
5) "rojo"
6) "amarillo"
7) "member"
8) "violeta"

SDIFF arcoIris semaforo
1) "azul"
2) "a\xc3\xb1il"
3) "naranja"
4) "violeta"

SINTER arcoIris semaforo
1) "verde"
2) "rojo"
3) "amarillo"

SISMEMBER semaforo naranja
"(nil)"

3.7. Conjuntos ordenados

  • Similares a los conjuntos, pero cada valor tiene un score para poder establecer el orden

  • Conjuntos con

    • Valores únicos (como los conjuntos)

    • Ordenados (como las listas)

  • La inserción se realiza ordenada

Ejemplos de uso

  • Número de visitas de sitios web

  • Ventas o clics por productos

Sintaxis

  • ZADD key score member [score member …​]

    • Add one or more members to a sorted set, or update its score if it already exists

  • ZCARD key

    • Get the number of members in a sorted set

  • ZCOUNT key min max

    • Count the members in a sorted set with scores within the given values

  • ZINCRBY key increment member

    • Increment the score of a member in a sorted set

  • ZSCORE key member

    • Get the score associated with the given member in a sorted set

  • ZRANGE key start stop [WITHSCORES]

    • Return a range of members in a sorted set, by index

  • ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES] [LIMIT offset count]

    • Return a range of members in a sorted set, by score

  • ZRANK key member

    • Determine the index of a member in a sorted set

  • ZREM key member [member …​]

    • Remove one or more members from a sorted set

  • ZREMRANGEBYRANK key start stop

    • Remove all members in a sorted set within the given indexes

  • ZREMRANGEBYSCORE key min max

    • Remove all members in a sorted set within the given scores

Ejemplos

ZADD productos 27 "Champu"
(integer) 1

ZADD productos 12 "Lejia"
(integer) 1

ZADD productos 34 "Suavizante"
(integer) 1

ZADD productos 6 "Detergente"
(integer) 1

ZADD productos 15 "Antical" 18 "Quitamanchas" 4 "Activador lavado" 3 "Agua destilada"
(integer) 4

ZCARD productos
(integer) 8

ZCOUNT productos 0 5
(integer) 2

ZINCRBY productos -1 "Champu"
"26"

ZSCORE productos "Champu"
"26"

ZRANGE productos 0 5 WITHSCORES
1) "Agua destilada"
2) "3"
3) "Activador lavado"
4) "4"
5) "Detergente"
6) "6"
7) "Lejia"
8) "12"
9) "Antical"
10) "15"
11) "Quitamanchas"
12) "18"

ZRANGEBYSCORE productos 0 5 WITHSCORES
1) "Agua destilada"
2) "3"
3) "Activador lavado"
4) "4"

ZRANK productos "Activador lavado"
(integer) 1

ZINCRBY productos -3 "Activador lavado"
"1"

ZRANK productos "Activador lavado"
(integer) 0

ZRANGE productos 0 -1 WITHSCORES
1) "Activador lavado"
2) "1"
3) "Agua destilada"
4) "3"
5) "Detergente"
6) "6"
7) "Lejia"
8) "12"
9) "Antical"
10) "15"
11) "Quitamanchas"
12) "18"

ZREM productos "Quitamanchas"
(integer) 1

ZREMRANGEBYSCORE productos 15 50
(integer) 1

ZRANGE productos 0 -1
1) "Activador lavado"
2) "Agua destilada"
3) "Detergente"
4) "Lejia"

ZREMRANGEBYRANK productos 2 -1
(integer) 2

ZRANGE productos 0 -1
1) "Activador lavado"
2) "Agua destilada"

3.8. Hashes

  • Objetos Redis anidados que pueden tomar cualquier número de pares clave-valor

  • No se puede anidar

  • Son la estructura de datos adecuada para representar objetos

    • HSET user:1000 nombre "Manuel Torres"

    • HSET user:1000 email "mtorres@ual.es"

    • HSET user:1000 universidad "Universidad de Almeria"

Sintaxis

  • HSET key field value

    • Set the string value of a hash field

  • HMSET key field value [field value …​]

    • Set multiple hash fields to multiple values

  • HGET key field

    • Get the value of a hash field

  • HMGET key field [field …​]

    • Get the values of all the given hash fields

  • HGETALL key

    • Get all the fields and values in a hash

  • HDEL key field [field …​]

    • Delete one or more hash fields

  • HEXISTS key field

    • Determine if a hash field exists

  • HINCRBY key field increment

    • Increment the integer value of a hash field by the given number

  • HKEYS key

    • Get all the fields in a hash

  • HVALS key

    • Get all the values in a hash

Ejemplos

HSET user:1000 nombre "Manuel Torres"
(integer) 1

HSET user:1000 email "mtorres@ual.es"
(integer) 1

HSET user:1000 universidad "Universidad de Almeria"
(integer) 1

HSET user:1000 asignaturas 5
(integer) 1

HGET user:1000 email
"mtorres@ual.es"

HMSET user:1001 nombre "Antonio Corral" email "acorral@ual.es" asignaturas 7
"OK"

HGETALL user:1000
1) "nombre"
2) "Manuel Torres"
3) "email"
4) "mtorres@ual.es"
5) "universidad"
6) "Universidad de Almeria"
7) "asignaturas"
8) "5"

HDEL user:1001 asignaturas
(integer) 1

HEXISTS user:1001 asignaturas
"(nil)"

HINCRBY user:1000 asignaturas 1
(integer) 6

HKEYS user:1000
1) "nombre"
2) "email"
3) "universidad"
4) "asignaturas"

HVALS user:1000
1) "Manuel Torres"
2) "mtorres@ual.es"
3) "Universidad de Almeria"
4) "6"

HVALS user:1001
1) "Antonio Corral"
2) "acorral@ual.es"

HKEYS user:1001
1) "nombre"
2) "email"

4. Expiración de pares clave-valor

  • Un uso interesante de Redis es como caché de datos que son pesados de obtener o calcular

  • Con TTL evitamos que esta caché crezca sin control

  • Los pares clave-valor se borran pasado un tiempo (TTL)

4.1. Comandos habituales

  • EXPIRE key seconds

    • Set a key’s time to live in seconds

  • SETEX key seconds value

    • Set the value and expiration of a key

  • EXPIREAT key timestamp

    • Set the expiration for a key as a UNIX timestamp (número de segundos transcurridos desde el 1 de enero de 1970)

  • TTL key

    • Get the time to live for a key

  • EXISTS key

    • Determine if a key exists

  • PERSIST

    • Elimina el timeout antes de que la clave deje de existir

Ejemplos

SET "https://www.bdge.com" "<html><body> ... </body></html>"
"OK"

EXPIRE "https://www.bdge.com" 60
(integer) 1

SETEX "https://www.bdge.com" 60 "<html><body> ... </body></html>"
"OK"

TTL "https://www.bdge.com"
(integer) 53

EXISTS "https://www.bdge.com"
(integer) 1

PERSIST "https://www.bdge.com"
(integer) 1

TTL "https://www.bdge.com"
(integer) -1

5. Espacios de nombres

Las claves residen en un espacio de nombres

  • Redis los llama Bases de datos

  • Claves únicas a nivel de espacio de nombres

  • Espacios de nombres identificados por número (0, …​)

  • Cambio de espacio de nombres (BD) con SELECT

Ejemplos

SET saludo "Hola"
OK

GET saludo
"Hola"

SELECT 1
OK

GET saludo
(nil)

SET saludo "Hello"
OK

GET saludo
"Hello"

SELECT 0
OK

GET saludo
"Hola"

Ejemplos de uso

Internacionalización (Una BD para cada idioma)

6. Publicación-Suscripción

  • Un usuario envía (post) un comentario a múltiples suscriptores conectados a un canal

    • Cliente: SUBSCRIBE <canal>

    • Escritor: PUBLISH <canal>

Suscriptor 1 Suscriptor 2 Publicador

SUBSCRIBE comments

Reading messages…​ (press Ctrl-C to quit)

1) "subscribe"

2) "comments"

3) (integer) 1

Esperando

SUBSCRIBE comments

Reading messages…​ (press Ctrl-C to quit)

1) "subscribe"

2) "comments"

3) (integer) 1

Esperando

PUBLISH comments "Esto es importante"

1) "message"

2) "comments"

3) "Esto es importante"`

Esperando

1) "message"

2) "comments"

3) "Esto es importante"`

Esperando

7. Transacciones

  • Redis permite ejecutar un bloque de sentencias de forma similar a las transacciones

  • Las operaciones son encoladas para poder ejecutarse en secuencia

  • Transacciones cancelables si siguen encoladas

    • Comando DISCARD

Ejemplos

MULTI
"OK"

SET uja "https://www.uja.es"
"QUEUED"

SET count 1
"QUEUED"

EXEC
1) "OK"
2) "OK"

8. Resumen

  • Redis es una BD clave-valor ligera y compacta

  • No es una BD para usarla sola, sino como complemento en un ecosistema políglota

  • Util para cachés, transformación de datos y sesiones

  • Posibilidad de funcionar en Maestro-esclavo

  • Atención:

    • Datos almacenados asíncronamente

    • BD limitada por la cantidad de RAM