Redis实践之高级用法：管道、消息队列、事务、分布式锁

一、概念与简介：

管道（Pipeline）的使用：
- 使用 CreateBatch 方法创建一个批处理对象。
- 将多个操作添加到批处理中，然后执行批处理以提高性能。
发布-订阅模式（Pub/Sub）的实现：
- 使用 GetSubscriber 方法获取订阅者对象。
- 使用 PublishAsync 方法发布消息。
- 使用 SubscribeAsync 方法订阅频道并处理接收到的消息。
事务（Transaction）的应用：
- 使用 CreateTransaction 方法创建一个事务对象。
- 将多个操作添加到事务中，然后执行事务以确保原子性。
分布式锁的实现：
- 使用 LockTakeAsync 方法尝试获取锁。
- 在获取锁后执行关键操作，并使用 LockReleaseAsync 方法释放锁。

二、高级用法实践

1、首先，在你的 ASP.NET Core 项目中安装 StackExchange.Redis 包：

dotnet add package StackExchange.Redis

2、在Program.cs文件，配置redis服务接口

//注册redis 服务连接接口IConnectionMultiplexer
builder.Services.AddSingleton<IConnectionMultiplexer>(c =>
{return ConnectionMultiplexer.Connect(builder.Configuration.GetConnectionString("Redis")??"localhost:6379");
});

3、appsetting.json文件，配置redis连接串

"ConnectionStrings": {"Redis": "localhost:6379"
},

4、新增RedisServices.cs文件，实现高级用法

public class RedisServices
{private readonly IConnectionMultiplexer _redis;public RedisServices(IConnectionMultiplexer redis){_redis = redis;}/// <summary>/// redis 管道用法/// </summary>/// <returns></returns>public async Task UsePipelineAsync(){var db = _redis.GetDatabase(3);var batch = db.CreateBatch();var tasks = new List<Task>();for (int i = 0;i<100;i++){_=batch.StringSetAsync($"key{i}", $"value{i}", TimeSpan.FromMinutes(1));//tasks.Add(batch.StringSetAsync($"key{i}",$"value{i}",TimeSpan.FromMinutes(1)));}batch.Execute();//await Task.WhenAll(tasks);await Console.Out.WriteLineAsync("Pipeline execution completed.");}/// <summary>/// redis 发布订阅用法：发布/// </summary>/// <param name="channel"></param>/// <param name="message"></param>/// <returns></returns>public async Task PublishAsync(RedisChannel channel,string message){           var subscriber = _redis.GetSubscriber();await subscriber.PublishAsync(channel, message);Console.WriteLine($"Message '{message}' published to channel '{channel}'.");}//订阅public async Task SubscriberAsync(RedisChannel channel){var subscriber = _redis.GetSubscriber();await subscriber.SubscribeAsync(channel, (ch,msg) => {Console.WriteLine($"Received message '{msg}' from channel '{ch}'.");});}/// <summary>/// redis 事务用法/// </summary>/// <returns></returns>public async Task UseTransactionAsync(){var  db = _redis.GetDatabase(3);var trans = db.CreateTransaction();_=trans.StringSetAsync("key1", "new_value1");_=trans.StringSetAsync("keyk", "new_valuek");bool committed = await trans.ExecuteAsync();Console.WriteLine($"Transaction committed: {committed}");}/// <summary>/// redis 分布式锁用法/// </summary>/// <param name="lockkey"></param>/// <returns></returns>public async Task UseDistributedLockAsync(string lockkey){var db = _redis.GetDatabase(3);string lockvalue = Guid.NewGuid().ToString();TimeSpan expiry = TimeSpan.FromMinutes(1);bool acquired = await db.LockTakeAsync(lockkey,lockvalue,expiry);if (acquired){try{Console.WriteLine("Lock acquired, performing critical operation...");// Perform critical operation here}finally{await db.LockReleaseAsync(lockkey,lockvalue);Console.WriteLine("Lock released.");}}else{Console.WriteLine("Failed to acquire lock.");}}public async Task<bool> GetRedisLock(){var db = _redis.GetDatabase(3);string lockkey = "_redisLock_";string lockvalue = Guid.NewGuid().ToString();TimeSpan expiry = TimeSpan.FromMinutes(1);return await db.LockTakeAsync(lockkey, lockvalue, expiry);}
}

5、注册RedisServices

 //注册redis高级用法builder.RegisterType<RedisServices>();

6、新建RedisController.cs

[Route("api/[controller]")]
[ApiController]
public class RedisController : ControllerBase
{private readonly Repository.IRepository<Product> _repository;private readonly RedisServices _redisServices;public RedisController(Repository.IRepository<Product> repository,RedisServices redisServices){_repository = repository;_redisServices = redisServices;}//测试redis高级用法[Route("UseRedis")][HttpPost]public async Task<ActionResult> UseRedis(){//管道await _redisServices.UsePipelineAsync();//在 Redis 的发布/订阅（Pub/Sub）模式下，消息是即时传递的，这意味着消息只会发送给当前在线的订阅者。//如果在发布消息时没有任何订阅者，那么这些消息将会丢失。因此，如果你在发布消息之后才开始订阅，之前发布的消息将不会被接收到。RedisChannel channel = new("mychannel",RedisChannel.PatternMode.Literal);await _redisServices.SubscriberAsync(channel);//先订阅await _redisServices.PublishAsync(channel, "hello redis!");//再发布//事务await _redisServices.UseTransactionAsync();//分布式锁await _redisServices.UseDistributedLockAsync("distributeLock");for (int i = 0;i<5000; i++){bool acquired = await _redisServices.GetRedisLock();if (acquired){await Console.Out.WriteLineAsync($"第{i}次请求获取锁成功，并执行成功");}else{Thread.Sleep(1000);}}return Ok();}
}

三、代码详解

1、`IConnectionMultiplexer` 接口

IConnectionMultiplexer 是 StackExchange.Redis 库中的一个接口，代表了与 Redis 服务器的连接。它是使用 StackExchange.Redis 与 Redis 进行交互的核心组件。

作用

管理连接：IConnectionMultiplexer 管理与 Redis 服务器的所有连接，包括连接池、连接复用等。
提供数据库操作接口：通过 GetDatabase 方法获取 IDatabase 对象，用于执行各种 Redis 命令。
发布-订阅功能：通过 GetSubscriber 方法获取 ISubscriber 对象，用于实现发布-订阅模式。
服务器管理：通过 GetServer 方法获取 IServer 对象，用于执行服务器级别的命令，如清空数据库、查看键空间等。
配置和监控：可以获取连接的配置信息，并提供一些监控和诊断功能

2. 基于Redis的分布式锁

Redis提供了一种高效的分布式锁实现方式，通常使用 SETNX 命令（Set if Not Exists）和 EXPIRE 命令（设置过期时间）来实现。

获取锁：使用 SETNX 命令尝试设置一个键，如果键不存在则设置成功并返回1，否则返回0。然后使用 EXPIRE 命令为该键设置一个过期时间，以防止死锁。
释放锁：删除该键即可释放锁。

3. 数据结构

Redis 支持多种数据结构，每种结构都有其特定的应用场景：

字符串（String）：最基本的数据类型，可以存储任何形式的字符串，包括二进制数据。
哈希（Hash）：适合存储对象，类似于 Python 的字典。
列表（List）：有序集合，支持从两端进行操作，适合实现队列和栈。
集合（Set）：无序集合，自动去重，适合做交集、并集、差集运算。
有序集合（Sorted Set）：带权重的集合，元素有序排列，适合排行榜等场景。

四、总结

Redis 作为一个高性能的内存数据结构存储系统，具有许多优点，使其在各种应用场景中广受欢迎。以下是 Redis 的一些主要优点：

1. 高性能

低延迟：由于数据存储在内存中，读写操作非常快速，通常在毫秒级别。
高吞吐量：支持每秒数十万次的读写操作，非常适合高并发场景。

2. 丰富的数据结构

支持字符串、哈希、列表、集合、有序集合、位图（Bitmaps）、HyperLogLog 和地理位置（GEO）等多种数据结构，满足不同的应用需求。

3. 持久化

提供 RDB（快照）和 AOF（追加日志）两种持久化机制，可以根据需要选择合适的方式来保证数据的持久性。

4. 主从复制

支持主从复制，一个主节点可以有多个从节点，从节点可以分担读请求，提高系统的可用性和扩展性。

5. 高可用和自动故障转移

通过 Redis Sentinel 实现高可用性监控和自动故障转移，确保系统在节点故障时仍能正常运行。
Redis Cluster 提供了分布式解决方案，支持数据分片和自动故障转移，实现水平扩展。

6. 灵活的发布/订阅机制

支持发布/订阅模式，可以用于实时消息传递、通知系统等场景。

7. 脚本支持

内置 Lua 脚本支持，通过 EVAL 命令执行脚本，实现复杂的原子操作。

8. 缓存功能

提供多种缓存淘汰策略，如 LRU、LFU 等，可以根据需求选择合适的策略，优化内存使用。

9. 管道技术

支持管道技术，一次性发送多个命令，减少网络延迟，提高性能。

10. 易于使用

简单易懂的命令集和丰富的客户端库，支持多种编程语言，方便开发者快速上手。

11. 社区和生态系统

拥有活跃的开源社区和丰富的生态系统，提供了大量的工具和扩展，方便集成和管理。

12. 安全性

支持基于密码的访问控制和 SSL/TLS 加密通信，增强数据传输的安全性。

这些优点使得 Redis 成为一个强大且灵活的内存数据库，广泛应用于缓存、会话管理、实时分析、消息队列等各种场景。