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02. Redis data types

Redis data types

레디스는 캐싱, 큐잉, 이벤트 처리 등의 다양한 문제를 해결하는 데 도움이 되는 Collection을 제공한다.

Strings

• 일반적인 문자열
• 최대 512MB
• binary data, JPEG 이미지도 저장 가능하다.
• 단순 증감 연산에 좋음
• 대부분의 연산은 O(1)이지만 SUBSTR, GETRANGE, SETRANGE 명령은 O(n)일 수 있으므로 성능에 주의해야 한다.
• 기본 명령어
  • SET: 데이터 저장, key가 있으면 덮어쓴다. (set keyName “value”)
  • SETNX: 지정한 key가 없을 경우에만 데이터 저장
  • GET: 데이터 조회 (get keyName)
  • MGET: 여러 개의 데이터를 한 번에 조회 (mget keyName1 keyName2)

Lists

• 배열 형식의 데이터 구조, 순서대로 저장
• 추가, 삭제, 조회는 O(1)이지만 중간의 특정 index 값을 조회할 때는 O(n) 속도를 가진다.
  • 즉 중간 값의 추가, 삭제가 느리다.
• 스택 및 큐 구현이나 백그라운드 워커 시스템을 위한 큐 관리 구축에 사용될 수 있다.
• 리스트 최대 길이는 2^32 - 1
• 기본 명령어
  • LPUSH: 리스트의 앞부분에 새 요소를 추가 (LPUSH myList “a”)
  • LPOP: 리스트 왼쪽에더 데이터를 추출하고 삭제 (LPOP myList)
  • LLEN: 리스트 요소 총 개수 조회
  • LMOVE: 리스트 간 데이터 이동
  • LTRIM: 인덱스로 지정한 범위 밖의 값들을 삭제

Sets

• 중복된 데이터를 담지 않기 위해 사용하는 자료구조
• 유니크한 key 값
  • 한 key에 여러 중복되지 않는 값들을 삽입할 수 있다.
• IP 같은 고유 항목 추적에 용이
• 교집합, 합집합, 차집합 등 일반적인 집합 연산 수행
• 집합 최대 크기는 2^32 - 1개의 요소
• 기본 명령어
  • SADD: 집합에 새 멤버 추가 (sadd mySet a)
  • SREM: 특정 멤버를 삭제 (srem mySet a)
  • SISMEMBER: 집합에 멤버가 있는지 확인 (sismember mySet a)
  • SINTER: 교집합을 구함
  • SCARD: 집합의 멤버 개수 조회
• 기본적으로 성능은 O(1)이지만 SMEMBERS 명령은 모든 집합 데이터를 가져오기에 O(n)이므로 주의해야 한다.

Hashes

• field-value로 구성된 전형적인 hash 형태
• key 하위에 subkey를 이용해 추가적인 Hash Table을 제공하는 자료구조
• 메모리가 허용하는 한 제한 없이 field 추가 가능
• 기본 명령어
  • HSET: field와 value를 저장 (hset key field value)
  • HGET: field로 value를 조회 (hget key field) HMGET: 여러개의 value를 조회
  • HINCRBY: value를 incement만큼 증가 또는 감소 (hincrby key field increment)

> HSET user:123 username martina firstName Martina lastName Elisa country GB
(integer) 4
> HGET user:123 username
"martina"
> HGETALL user:123
1) "username"
2) "martina"
3) "firstName"
4) "Martina"
5) "lastName"
6) "Elisa"
7) "country"
8) "GB"

• 대부분의 명령어는 O(1)이지만 HKEYS, HVALS, HGETALL 등의 명령어는 O(n)이며 여기서 n은 field-value 쌍의 수이다.

Sorted sets

• set에 score라는 필드가 추가된 자료구조
• set의 특성을 그대로 가지며 추가적으로 정렬된 상태로 관리한다.
  • score 순으로
• value는 중복 불가능, score는 중복 가능
• score가 같으면 사전 순 정렬
• 사용 예
  • 리더 보드 (대규모 온라인 게임에서 최고 점수 목록을 쉽게 정렬하여 관리)
  • 속도 제한 (과도한 API 요청 방지)
• 기본 명령어
  • ZADD: 집합에 score와 member 추가 (zadd key score member)
  • ZRANGE: index로 범위를 지정하여 조회
  • ZRANK: 오름차순 기준 member를 지정해서 rank(index) 조회 (zrank key member)
  • ZREVRANK: 내림차순 기준 member를 지정해서 reverse rank 조회

> ZADD leaderboard:455 100 user:1
(integer) 1
> ZADD leaderboard:455 75 user:2
(integer) 1
> ZADD leaderboard:455 101 user:3
(integer) 1
> ZADD leaderboard:455 15 user:4
(integer) 1
> ZADD leaderboard:455 275 user:2
(integer) 0

> ZRANGE leaderboard:455 0 2 REV WITHSCORES
1) "user:2"
2) "275"
3) "user:3"
4) "101"
5) "user:1"
6) "100"

> ZREVRANK leaderboard:455 user:2
(integer) 0

• member 수가 n일 때 대부분 연산은 O(log(n))
  • 반환 값이 큰 경우(수만 개 이상)에는 ZRANGE 명령 실행 시 주의해야 한다. (복잡도가 O(log(n) + m)이며 m은 반환되는 결과 수)

Streams

• log를 저장하기 좋은 자료구조
• append-only로 중간에 데이터가 바뀌지 않는다.
• id 값 기반 시간 범위로 검색
  • stream은 각 항목에 대해 고유 id를 생성
• 이벤트를 실시간으로 기록
• 기본 명령어
  • XADD: stream에 새 항목 추가
  • XREAD: 하나 또는 그 이상의 항목을 시간 순 조회
  • XRANGE: 주어진 두 ID 사이의 항목들을 조회
  • XLEN: 항목 길이
• stream에 항목을 추가하는 시간은 O(1)이지만 단일 항목에 접근하는 데는 O(n)이 소요
  • n은 stream ID의 길이이고 일반적으로 짧고 길이가 고정되어 있다. 즉 효율적인 삽입과 읽기를 제공한다고 볼 수 있다.

**Geospatial indexes**

• Redis 지리 공간 자료구조
• 지리적 공간 인덱스를 사용하여 좌표를 저장하고 검색할 수 있다.
• 지점된 반경 또는 경계 박스 내에 가까운 지점을 찾는 데 유용하다.
• 기본 명령어
  • GEOADD: 지정된 지리 공간 인덱스에 위치를 추가 (위도보다 경도 먼저)
  • GEOSEARCH: 지정된 반경 또는 경계 박스가 있는 위치 반환

> GEOADD locations:ca -122.27652 37.805186 station:1
(integer) 1
> GEOADD locations:ca -122.2674626 37.8062344 station:2
(integer) 1
> GEOADD locations:ca -122.2469854 37.8104049 station:3
(integer) 1

> GEOSEARCH locations:ca FROMLONLAT -122.2612767 37.7936847 BYRADIUS 5 km WITHDIST
1) 1) "station:1"
   2) "1.8523"
2) 1) "station:2"
   2) "1.4979"
3) 1) "station:3"
   2) "2.2441"

Bitmaps

• bitmas은 string의 변형으로 문자열을 비트 백터처럼 취급할 수 있다.
• bit 단위 연산 가능
• 2^32bit까지 사용 가능
• 저장 공간 절약에 큰 장점
• 기본 명령어
  • SETBIT: bit 값 조정
  • GETBIT: bit 값 조회
  • BITOP: bit 연산 (AND, OR, XOR, NOT) 실행
• BITOP은 O(n)이고 나머지는 O(1)

> SETBIT pings:2024-01-01-00:00 123 1
(integer) 0

> GETBIT pings:2024-01-01-00:00 123
1

> GETBIT pings:2024-01-01-00:00 456
0

Bitfields

• bitfield를 사용하면 임의의 비트 길이에서 정수 값을 삽입, 증가, 조회할 수 있다.
• 이 값들은 바이너리 인코딩된 Redis strings를 사용하여 저장된다.
• bitfield는 원자적 읽기, 쓰기, 증가 연산을 지원하므로 카운터 및 유사한 숫자 값을 관리하는데 적합하다.
• 기본 명령어
  • BITFIELD: 하나 이상의 값을 원자적으로 설정하고, 증가하고, 읽는다.
  • BITFIELD_RO: BITFIELD의 read-only 변형
• BITFIELD는 O(n)

HyperLogLog

• 많은 양의 데이터를 dump할 때 사용
• 중복되지 않은 대용량 데이터를 count할 때 주로 많이 사용 (0.81% 오차)
• set과 비슷하지만 저장되는 용량이 매우 작다 (12kb 고정)
• 저장된 데이터는 다시 확인할 수 없다. (데이터 보호)
• ex) 방문 IP 개수 카운팅, 크롤링한 url 개수, 검색한 단어 개수
• 기본 명령어
  • PFADD: 원소 추가
  • PFCOUNT: 원소 개수 조회
  • PFMERGE: 두 개 이상의 HyperLogLogs를 하나로 결합
• 쓰기와 읽기는 일정한 시간과 공간에서 수행되지만 PFMERGE는 O(n)이다.

> PFADD members 123
(integer) 1
> PFADD members 500
(integer) 1
> PFADD members 12
(integer) 1

> PFCOUNT members
(integer) 3

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https://redis.io/docs/data-types/

https://inpa.tistory.com/entry/REDIS-📚-데이터-타입Collection-종류-정리