Spring Data Redis（一）-- 解析 RedisTemplate

谈及系统优化，缓存一直是不可或缺的一点。在缓存中间件层面，我们有 MemCache，Redis 等选择；在系统分层层面，又需要考虑多级缓存；在系统可用性层面，又要考虑到缓存雪崩，缓存穿透，缓存失效等常见的缓存问题… 缓存的使用与优化值得我们花费一定的精力去深入理解。《Spring Data Redis》这个系列打算围绕 spring-data-redis 来进行分析，从 hello world 到源码分析，夹杂一些不多实战经验（经验有限），不止限于 spring-data-redis 本身，也会扩展谈及缓存这个大的知识点。

至于为何选择 redis，相信不用我赘述，redis 如今非常流行，几乎成了项目必备的组件之一。而 spring-boot-starter-data-redis 模块又为我们在 spring 集成的项目中提供了开箱即用的功能，更加便捷了我们开发。系列的第一篇便是简单介绍下整个组件最常用的一个工具类：RedisTemplate。

1 引入依赖

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>1.5.7.RELEASE</version>
</parent>

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>

springboot 的老用户会发现 redis 依赖名称发生了一点小的变化，在 springboot1.4 之前，redis 依赖的名称为：spring-boot-starter-redis，而在之后较新的版本中，使用 spring-boot-starter-redis 依赖，则会在项目启动时得到一个过期警告。意味着，我们应该彻底放弃旧的依赖。spring-data 这个项目定位为 spring 提供一个统一的数据仓库接口，如（spring-boot-starter-data-jpa,spring-boot-starter-data-mongo,spring-boot-starter-data-rest），将 redis 纳入后，改名为了 spring-boot-starter-data-redis。

2 配置 redis 连接

resources/application.yml

spring:
  redis:
    host: 127.0.0.1
    database: 0
    port: 6379
    password: 

本机启动一个单点的 redis 即可，使用 redis 的 0 号库作为默认库（默认有 16 个库），在生产项目中一般会配置 redis 集群和哨兵保证 redis 的高可用，同样可以在 application.yml 中修改，非常方便。

3 编写测试类

import org.assertj.core.api.Assertions;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class ApplicationTests {
   @Autowired
   private RedisTemplate redisTemplate;// <1>

   @Test
   public void test() throws Exception {
     redisTemplate.opsForValue().set("student:1", "kirito"); // <2>
     Assertions.assertThat(redisTemplate.opsForValue().get("student:1")).isEqualTo("kirito");
   }
}

<1> 引入了 RedisTemplate，这个类是 spring-starter-data-redis 提供给应用直接访问 redis 的入口。从其命名就可以看出，其是模板模式在 spring 中的体现，与 restTemplate，jdbcTemplate 类似，而 springboot 为我们做了自动的配置，具体会在下文详解。

<2> redisTemplate 通常不直接操作键值，而是通过 opsForXxx() 访问，在本例中，key 和 value 均为字符串类型。绑定字符串在实际开发中也是最为常用的操作类型。

4 详解 RedisTemplate 的 API

RedisTemplate 为我们操作 Redis 提供了丰富的 API，可以将他们简单进行下归类。

4.1 常用数据操作

这一类 API 也是我们最常用的一类。

众所周知，redis 存在 5 种数据类型：

字符串类型（string），散列类型（hash），列表类型（list），集合类型（set），有序集合类型（zset）

而 redisTemplate 实现了 RedisOperations 接口，在其中，定义了一系列与 redis 相关的基础数据操作接口，数据类型分别于下来 API 对应：

// 非绑定 key 操作
ValueOperations<K, V> opsForValue();
<HK, HV> HashOperations<K, HK, HV> opsForHash();
ListOperations<K, V> opsForList();
SetOperations<K, V> opsForSet();
ZSetOperations<K, V> opsForZSet();
// 绑定 key 操作
BoundValueOperations<K, V> boundValueOps(K key);
<HK, HV> BoundHashOperations<K, HK, HV> boundHashOps(K key);
BoundListOperations<K, V> boundListOps(K key);
BoundSetOperations<K, V> boundSetOps(K key);
BoundZSetOperations<K, V> boundZSetOps(K key);

若以 bound 开头，则意味着在操作之初就会绑定一个 key，后续的所有操作便默认认为是对该 key 的操作，算是一个小优化。

4.2 对原生 Redis 指令的支持

Redis 原生指令中便提供了一些很有用的操作，如设置 key 的过期时间，判断 key 是否存在等等…

常用的 API 列举：

RedisTemplate API	原生 Redis 指令	说明
public void delete(K key)	DEL key [key …]	删除给定的一个或多个 key
public Boolean hasKey(K key)	EXISTS key	检查给定 key 是否存在
public Boolean expire/expireAt(…)	EXPIRE key seconds	为给定 key 设置生存时间，当 key 过期时 (生存时间为 0)，它会被自动删除。
public Long getExpire(K key)	TTL key	以秒为单位，返回给定 key 的剩余生存时间 (TTL, time to live)。

更多的原生 Redis 指令支持可以参考 javadoc

4.3 CAS 操作

CAS（Compare and Swap）通常有 3 个操作数，内存值 V，旧的预期值 A，要修改的新值 B。当且仅当预期值 A 和内存值 V 相同时，将内存值 V 修改为 B，否则什么都不做。CAS 也通常与并发，乐观锁，非阻塞，机器指令等关键词放到一起讲解。可能会有很多朋友在秒杀场景的架构设计中见到了 Redis，本质上便是利用了 Redis 分布式共享内存的特性以及一系列的 CAS 指令。还记得在 4.1 中通过 redisTemplate.opsForValue()或者 redisTemplate.boundValueOps() 可以得到一个 ValueOperations 或 BoundValueOperations 接口 (以值为字符串的操作接口为例)，这些接口除了提供了基础操作外，还提供了一系列 CAS 操作，也可以放到 RedisTemplate 中一起理解。

常用的 API 列举：

ValueOperations API	原生 Redis 指令	说明
Boolean setIfAbsent(K key, V value)	SETNX key value	将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在。设置成功，返回 1 ， 设置失败，返回 0 。
V getAndSet(K key, V value)	GETSET key value	将给定 key 的值设为 value ，并返回 key 的旧值 (old value)。
Long increment(K key, long delta)/Double increment(K key, double delta)	INCR/INCRBY/INCRBYFLOAT	将 key 所储存的值加上增量 increment 。 如果 key 不存在，那么 key 的值会先被初始化为 0 ，然后再执行 INCR/INCRBY/INCRBYFLOAT 命令。线程安全的 +

关于 CAS 的理解可以参考我之前的文章 java 并发实践 –CAS 或者其他博文。

4.4 发布订阅

redis 之所以被冠以银弹，万金油的称号，关键在于其实现的功能真是太多了，甚至实现了一部分中间件队列的功能，其内置的 channel 机制，可以用于实现分布式的队列和广播。

RedisTemplate 提供了 convertAndSend()功能，用于发送消息，与 RedisMessageListenerContainer 配合接收，便实现了一个简易的发布订阅。如果想要使用 Redis 实现发布订阅，可以参考我之前的文章。 浅析分布式下的事件驱动机制

4.5 Lua 脚本

RedisTemplate 中包含了这样一个 Lua 执行器，意味着我们可以使用 RedisTemplate 执行 Lua 脚本。

private ScriptExecutor<K> scriptExecutor;

Lua 这门语言也非常有意思，小巧而精悍，有兴趣的朋友可以去了解一下 nginx+lua 开发，使用 openResty 框架。而 Redis 内置了 Lua 的解析器，由于 Redis 单线程的特性（不严谨），可以使用 Lua 脚本，完成一些线程安全的符合操作（CAS 操作仅仅只能保证单个操作的线程安全，无法保证复合操作，如果你有这样的需求，可以考虑使用 Redis+Lua 脚本）。

public <T> T execute(RedisScript<T> script, List<K> keys, Object... args) {
   return scriptExecutor.execute(script, keys, args);
}

上述操作便可以完成对 Lua 脚本的调用。这儿有一个简单的示例，使用 Redis+Lua 脚本实现分布式的应用限流。分布式限流

5 总结

Spring Data Redis 系列的第一篇，介绍了 spring-data 对 redis 操作的封装，顺带了解 redis 具备的一系列特性，如果你对 redis 的理解还仅仅停留在它是一个分布式的 key-value 数据库，那么相信现在你一定会感叹其竟然如此强大。后续将会对缓存在项目中的应用以及 spring-boot-starter-data-redis 进一步解析。