[Back-end] Redis와 Data types

말랑이·2025년 2월 22일

SpringBoot

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1 In-memory database

📌 In-memory database : 메모리에 데이터를 적재하여 활용하는 데이터베이스 시스템

메모리를 데이터베이스로 사용하므로 디스크 대비 빠른 응답속도 보장 가능 (밀리초 단위)
메모리를 사용하기에 데이터가 휘발성임
다양한 데이터 타입 제공

종류	특징
Memcached	- 단일 데이터 타입 제공 - 대규모 캐시데이터 관리에 용이
Redis	- 다양한 자료구조 지원 - 캐시, 세션, 지도 등 다양한 종류의 데이터 관리 가능

2 Redis

📌 Remote Dictionary Server : in-memory, key-value 데이터를 지원하는 오픈소스

1️⃣ Persisten on Disk

메모리에 있는 데이터를 디스크에 저장하여 사용 가능 (백업용)
- RDB(Snapshot) : 특정 시점에 데이터베이스 전체를 디스크에 저장
- AOF(Append Only File) : 데이터 쓰기 명령어를 저장 (=히스토리 쌓임) → RDB보다 복구작업에 용이

2️⃣ Single Thread

클라이언트로부터 전달받은 명령어를 Single Thread로 처리함
외부로부터 여러개의 명령을 한번에 받아도 순차적으로 처리
→ 데이터 일관성 유지 가능, 보통 초당 10만건까지 커버
Single Thread 처리로 인한 지연문제 발생으로 Redis 6.0부터는 multiple thread for i/o 도입

3 Redis 구현사례

1️⃣ Cache

자주 사용하거나 잘 변하지 않는 데이터에 대해 Redis에 적재 후 활용
반복되는 DB 쿼리 질의를 줄임 → 데이터베이스 리소스 부담이 줄어듬 + 빠른 응답속도 보장 가능

2️⃣ Session Store

웹어플리케이션에서 세션 저장이 필요할 경우 Redis를 분산 저장소로 사용
설정 시간 후, 오래된 세션 데이터는 자동 삭제됨

3️⃣ Pub/Sub

publish(메시지 발행), subscribe(메시지 구독)
비동기처리 목적으로 사용
메시지 중계를 위한 용도

4️⃣ Message Queue

Redis에 메시지를 저장 후 메시지를 필요로 하는 서버에 요청 순서대로 전달

5️⃣ leader board

순위를 매김

4 Redis 실행

# 도커 레디스 이미지 pull
docker pull redis:6.2

# 레디스 실행
docker run --rm -it -d redis:6.2

# 도커 실행 상태 확인
docker ps

# port mapping
docker run --rm -it -d -p 6379:6379 redis:6.2

# Redis 종료
docker kill <container id>

-d 옵션 : 백그라운드에서 실행. 즉 터미널 종료시에도 계속 실행됨
local 6379에서 도커 6379로 연결

5 Redis CLI

# cli 실행
docker exec -it <컨테이너 Id> redis-cli

# 실행된 명령 실시간 출력
docker exec -it <컨테이너 Id> redis-cli monitor

# 로컬 개발환경에서 데이터타입에 따른 성능테스트 (보통 10만)
docker exec -it <컨테이너 Id> /bin/bash
redis-benchmark

6 DataTypes

1️⃣ String

Key:Value의 가장 기본적인 타입으로 Text, Byte를 저장함

증가(increment), 감소(decrement)에 대한 원자적 연산 지원

시작되면 중간에 중단되지 않고 완전히 수행되는 연산

명령어

SET : 값 저장
SETNX : 값이 없는 경우에만 저장
GET : 조회
MGET : 여러개의 key 조회
INC : 원자적 연산 (증가)
DEC : 원자적 연산 (감소)

터미널 실습

# SET
docker exec -it <컨테이너 Id> redis-cli
SET "users:100:name" "mallang"
SET "users:100:email" "mallang@mallang.com"

# GET
get users:100:name
"mallang"

# MGET
MGET users:100:name users:100:email
1) "mallang"
2) "mallang@mallang.com"

# SETNX
SETNX users:100:name chunsik
(integer) 0
SETNX users:101:name chunsik
(integer) 1

# INCREMENT / DECREMENT
INCR counter
(integer) 1
INCR counter
(integer) 2
DECR counter
(integer) 1
INCRBY counter 10
(integer) 11
DECRBY counter 5
(integer) 6

Java 코드 실습

공식 Jedis https://redis.io/docs/latest/develop/clients/jedis/

개발환경
- 언어 : Java
- JDK : Java 17
- build : Gradle
- 의존성 : implementation 'redis.clients:jedis:4.3.1'

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("Hello world!");

        /* Redis와 통신하기 위해 Jedis 연결을 관리하는 pool */
        // 풀링 기법 -> 연결을 미리 생성하고 재사용하여 성능 최적화
        // try 사용 -> 풀 close 자동화
        try (var jedisPool = new JedisPool("127.0.0.1", 6379)) {
            try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {

                System.out.println("Redis 연결 상태: " + jedis.ping());

                jedis.set("users:300:name", "mallang");
                jedis.set("users:300:email", "mallang@mallang.com");
                jedis.set("users:300:age", "23");

                var userEmail = jedis.get("users:300:email");
                System.out.println(userEmail);

                List<String> userInfo = jedis.mget("users:300:name", "users:300:email", "users:300:age");
                userInfo.forEach(System.out::println);

                long counter = jedis.incr("counter");
                System.out.println(counter);

                counter = jedis.incrBy("counter", 10L);
                System.out.println(counter);

                counter = jedis.decr("counter");
                System.out.println(counter);

                counter = jedis.decrBy("counter", 20L);
                System.out.println(counter);
                
                // Jedis Pipeline 사용 -> 대량의 데이터 set 성능 최적화
                Pipeline pipelined = jedis.pipelined();
                pipelined.set("users:400:name", "chunsik");
                pipelined.set("users:400:email", "chunsik@chunsik.com");
                pipelined.set("users:400:age", "24");

                List<Object> objects = pipelined.syncAndReturnAll();
                objects.forEach(i -> System.out.println(i.toString()));

            }
        }

    }
}

redis-cli에서 SET한 값 확인

redis-cli -h <Redis 호스트> -p <Redis 포트>

2️⃣ List, Set

List 데이터타입은 순서가 있는 데이터의 컬렉션을 저장하는데 사용함

중복값을 허용하며 양쪽 끝에서 데이터를 추가/제거할 수 있는 유연한 구조를 제공

Linked List (strings) → Java ArrayList

Stack, Queue(메시지대기열) 등의 용도로 활용

Set 데이터타입은 중복을 허용하지 않는 값들의 집합 (collection) → 같은 값이 여러번 저장되지 않음

중복된 값이 자동으로 제거되며, 값들의 순서가 없음

요소 추가/삭제가 빠름 (O1)

집합연산(교집합/합집합/차집합) 제공

List 명령어

# 해당 키 값의 리스트 자료형에 왼쪽 부분에 값을 추가
LPUSH
> LPUSH mylist "apple" "banana"
# result : banana apple

# 해당 키 값의 리스트 자료형에 오른쪽 부분에 값을 추가
RPUSH
> RPUSH mylist "cherry" "tomato"
# result : banana apple cherry tomato

# 해당 키 값의 리스트 자료형에서 왼쪽 끝의 요소를 제거하고 반환 (= 오래된 값)
LPOP
> LPOP mylist
# result : banana

# 해당 키 값의 리스트 자료형에서 오른쪽 끝의 요소를 제거하고 반환 (= 최신 값)
RPOP
> RPOP mylist
# result : tomato

# 해당 키 값의 리스트 자료형에서 리스트 요소 개수를 반환
LLEN
> LLEN mylist
# 2

# 해당 키 값의 리스트 자료형에서 지정된 범위 이외의 요소를 삭제
LTRIM
> LPUSH mylist A B C D E → E D C B A
> LTRIM mylist 1 3
# D C B

# 해당 키 값의 리스트 자료형에서 인덱스 범위를 반환
LRANGE
> LRANGE mylist 0 -1
# apple cherry

Blocking List 연산 명령어

Redis의 블로킹 리스트 연산 명령어
리스트에서 요소를 꺼낼 때, 데이터가 없으면 대기(Blocking)하는 기능을 제공
LPOP RPOP과 비슷하지만, 꺼낼 데이터가 없을 경우 즉시반환하는 대신 일정시간동안 대기함

# Last In, Frist Out
BLPOP key1 [key2...] timeout

# First In, First Out
BRPOP key1 [key2...] timeout

Java 코드 실습

개발환경
- 언어 : Java
- JDK : Java 17
- build : Gradle
- 의존성 : implementation 'redis.clients:jedis:4.3.1'

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello world");

        /*  Redis와 통신하기 위해 Jedis 연결을 관리하는 Pool */
        // 풀링 기법 -> 연결을 미리 생성하고 재사용하여 성능 최적화
        // try 사용 -> 풀 close 자동화
        try (var jedisPool = new JedisPool("127.0.0.1", 6379)) {
            try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {

                /* LIST */
                // 1. stack : Last In First Out
                jedis.rpush("stack1", "aaaa");
                jedis.rpush("stack1", "bbbb");
                jedis.rpush("stack1", "cccc");

//                List<String> stack1 = jedis.lrange("stack1", 0, -1);
//                stack1.forEach(System.out::println);

                System.out.println(jedis.rpop("stack1"));
                System.out.println(jedis.rpop("stack1"));
                System.out.println(jedis.rpop("stack1"));

                // 2. queue : 순차적처리, First In First Out
                jedis.rpush("queue1", "zzzz");
                jedis.rpush("queue1", "aaaa");
                jedis.rpush("queue1", "cccc");

                System.out.println(jedis.lpop("queue1"));
                System.out.println(jedis.lpop("queue1"));
                System.out.println(jedis.lpop("queue1"));

                // 3. block : BLPOP, BRPOP
                List<String> blpop = jedis.blpop(10, "queue:blocking");

                if (blpop != null) {
                    blpop.forEach(System.out::println);
                }

                
            }
        }
    }
}

SET 명령어

# 요소추가 (SADD)
> SADD myset "apple" "banana" "cherry"
> SADD myset "banana" -> 중복된 값 저장 X

# 요소조회 (SMEMBERS)
> SMEMBERS myset -> ["apple", "banana", "cherry"]

# 요소개수확인 (SCARD)
> SCARD myset -> 3

# 요소삭제 (SREM)
> SREM myset "banana"
> SMEMBERS myset -> ["apple", "cherry"]

# 특정 값 포함 여부 확인 (SISMEMBER)
> SISMEMBER myset "apple" -> 1(존재함)
> SISMEMBER myset "grape" -> 0(존재하지않음)

# 집합연산_교집합 (SINTER)
> SADD set1 "a" "b" "c"
> SADD set2 "b" "c" "d"
> SINTER set1 set2 -> ["b", "c"]

Java 코드 실습

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello world");

        /*  Redis와 통신하기 위해 Jedis 연결을 관리하는 Pool */
        // 풀링 기법 -> 연결을 미리 생성하고 재사용하여 성능 최적화
        // try 사용 -> 풀 close 자동화
        try (var jedisPool = new JedisPool("127.0.0.1", 6379)) {
            try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {

                /* SET */
                jedis.sadd("users:500:follow", "100", "200", "300");
                jedis.srem("users:500:follow", "100");

                Set<String> smembers = jedis.smembers("users:500:follow");
                smembers.forEach(System.out::println);

                System.out.println(jedis.sismember("users:500:follow", "200"));
                System.out.println(jedis.sismember("users:500:follow", "120"));

                System.out.println(jedis.scard("users:500:follow"));

                Set<String> sinter = jedis.sinter("users:500:follow", "users:100:follow");
                sinter.forEach(System.out::println);
                
            }
        }
    }
}

3️⃣ Hash

필드-값 (Field - Value) 쌍을 저장하는 자료구조

Key-Value 형태로 여러개의 필드를 저장할 수 있음

관계형데이터베이스의 Row 처럼 사용

한개의 Key 아래, 여러개의 Field-Value 저장가능

Hash 명령어

# 값 저장 (HSET)
> HSET user:1001 name "mallang" age "24" city "Busan"
-> (Key : user:1001), (Field : name, age, city) (Value : mallang, 24, Busan)

# 특정 필드 값 조회 (HGET)
> HGET user:1001 name
-> "mallang"

# 모든 필드 값 조회 (HGETALL)
> HGETALL user:1001
-> name "mallang" age "24" city "Busan"

# 여러 필드 조회 (HMGET)
> HMGET user:1001 name age
-> "mallang", "24"

# 필드 삭제 (HDEL)
> HDEL user:1001 city
> HGETALL user:1001
-> name "mallang" age "24"

Java 실습 코드

개발환경
- 언어 : Java
- JDK : Java 17
- build : Gradle
- 의존성 : implementation 'redis.clients:jedis:4.3.1'

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("Hello world!");

        /*  Redis와 통신하기 위해 Jedis 연결을 관리하는 Pool */
        try (var jedisPool = new JedisPool("127.0.0.1", 6379)) {
            try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {

                /*
                데이터를 단건으로 저장 할 때
                hset(String key, String field, String value)

                데이터를 다건으로 저장 할 때 -> Map 형식 사용
                hset(String key, Map<String, String> hash)
                */

                // hset 값 저장
                jedis.hset("users:1:info", "name", "mallang");

                var userInfo = new HashMap<String, String>();
                userInfo.put("email", "mallang@mallang.com");
                userInfo.put("phone", "010-0000-0000");

                jedis.hset("users:2:info", userInfo);

                // hdel 값 삭제
                jedis.hdel("users:2:info", "phone");

                // hget, hgetall
                System.out.println(jedis.hget("users:2:info", "email"));
                Map<String, String> user2Info = jedis.hgetAll("users:2:info");
                user2Info.forEach((k, v) -> System.out.printf("%s %s%n", k, v));

                // hincr 숫자 값 증가
                jedis.hincrBy("users:2:info", "visits", 30);

            }
        }

    }
}

4️⃣ Sorted Set

(ZSET)은 중복이 없는 유니크한 값(member)을 저장하면서, 각 값에 점수(score)를 부여하여 자동 정렬하는 자료구조

값이 중복되지 않음 (Set과 동일)

점수를 기준으로 자동 정렬 됨 (Set은 정렬 불가)

점수를 기준으로 순위 조회 가능

Sorted Set 명령어

# 값 추가 ZADD
> ZADD leaderboard 100 " mallang" 200 "chunsik" 300 "ruddy"
-> 점수 부여

# 값 삭제 ZREM
> ZREM leaderboard "ruddy"

# 값 조회 ZRANGE
> ZRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES
-> 낮은 점수부터 정렬된 결과조회
> ZREVRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES
-> 높은 점수부터 정렬된 결과조회

# 전체 개수 확인 ZCARD
> ZCARD leaderboard
-> 저장된 값(멤버)의 개수 반환

# 순위조회 ZRANK
> ZRANK leaderboard "mallang"
-> 0 (0부터 시작, 낮은점수가 먼저)

# 점수증가 ZINCRBY
> ZINCRBY leaderboard 200 "mallang"
-> mallang의 점수를 10 증가

Java 실습 코드

개발환경
- 언어 : Java
- JDK : Java 17
- build : Gradle
- 의존성 : implementation 'redis.clients:jedis:4.3.1'

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello world!");

        try (var jedisPool = new JedisPool("127.0.0.1", 6379)) {
            try (var jedis = jedisPool.getResource()) {

                // sorted set
                var scores = new HashMap<String, Double>();

                scores.put("users1", 100.0);
                scores.put("users2", 30.0);
                scores.put("users3", 50.0);
                scores.put("users4", 80.0);
                scores.put("users5", 15.0);

                // zadd  값추가
                jedis.zadd("game:scores", scores);

                // zrange 값조회 (asc)
                List<String> zrange = jedis.zrange("game:scores", 0, Long.MAX_VALUE);
                zrange.forEach(System.out::println);

                // zcard 전체 개수 확인
                System.out.println(jedis.zcard("game:scores"));

                // zrange with scores 점수와 함께 출력
                List<Tuple> tuples = jedis.zrangeWithScores("game:scores", 0, Long.MAX_VALUE);
                tuples.forEach(i -> System.out.println("%s %f".formatted(i.getElement(), i.getScore())));

            }
        }

    }
}

5️⃣ Geospatial

위도(latitude)와 경도(longitude) 좌표를 기반으로 위치데이터를 저장하고, 거리 계산 및 근접 검색을 수행하는 기능

위치저장 + 거리계산 + 반경 내 위치검색 + 좌표변환

Geospatial 기본 문법

# 위치데이터 저장 GEOADD
> GEOADD places 129.0756 35.1796
-> 부산좌표

# 위치데이터 검색 GEOSEARCH
> GEOSEARCH key FROMMEMBER(특정 멤버(위치)를 기준) member
> GEOSEARCH key FROMLONLAT(지정한좌표) longitude latitude BYRADIUS(반경) radius unit
> GEOSEARCH key BYBOX(가로/세로 크기로 사각형범위 지정) width height unit ASC(or DESC)
> GEOSEARCH key WITHDIST(검색된 위치와 기준점 간 거리포함) WITHCOORD(검색된 위치의 위/경도 포함) WITHHASH(GeoHash값 포함) COUNT cnt

# 거리계산 GEODIST
GEODIST key "Seoul" "busan" km
-> m, km, mi, ft 단위 지원

# 좌표조회 GEOPOS
GEOPOS key "Seoul"

Java 실습 코드

개발환경
- 언어 : Java
- JDK : Java 17
- build : Gradle
- 의존성 : implementation 'redis.clients:jedis:4.3.1'

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("Hello world!");

        try (var jedisPool = new JedisPool("127.0.0.1", 6379)) {
            try (var jedis = jedisPool.getResource()) {

                // geo add
                jedis.geoadd("store:geo", 127.02985530619755, 37.49911212874, "some1");
                jedis.geoadd("store:geo", 127.0333352287619, 37.491921163986234, "some2");

                // geo dist
                Double geodist = jedis.geodist("store:geo", "some1", "some2");
                System.out.println(geodist);

                // geo search
                List<GeoRadiusResponse> radiusResponseList = jedis.geosearch (
                        "store:geo"
                        , new GeoCoordinate(127.033, 37.495) // 기준좌표
                        , 500 // 반경 500m
                        , GeoUnit.M // 단위 m
                );

                // geo search (GeoSearchParam 활용)
                List<GeoRadiusResponse> radiusResponseList1 = jedis.geosearch (
                        "store:geo"
                        , new GeoSearchParam ()
                                .fromLonLat(new GeoCoordinate(127.033, 37.495)) // 기준좌표
                                .byRadius(500, GeoUnit.M) // 반경 500 단위 m
                                .withCoord() // 검색 결과에 좌표정보 포함
                );

                radiusResponseList1.forEach (response ->
                                System.out.println("%s %f %f".formatted(
                                        response.getMemberByString()
                                        , response.getCoordinate().getLatitude()
                                        , response.getCoordinate().getLongitude()
                                ))
                        );

                // geo 삭제
                jedis.unlink("stores:geo");

            }
        }

    }
}

6️⃣ Bitmap

0 또는 1의 값으로 이루어진 비트열

메모리를 적게 사용하여 대량의 데이터 저장에 유용함

Bitmap 기본문법

# 지정된 위치에 값 설정 SETBIT
> SETBIT key offset(index) value

# 지정된 위치에 비트 값 가져오기 GETBIT
> GETBIT key offset(index)

# 1의 개수 세기(참여횟수 등) BITCOUNT
> BITCOUNT key

Java 실습 코드

개발환경
- 언어 : Java
- JDK : Java 17
- build : Gradle
- 의존성 : implementation 'redis.clients:jedis:4.3.1'

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("Hello world!");

        try (var jedisPool = new JedisPool("127.0.0.1", 6379)) {
            try (var jedis = jedisPool.getResource()) {

                jedis.setbit("request-somepage-20250301", 100, true);
                jedis.setbit("request-somepage-20250301", 200, true);
                jedis.setbit("request-somepage-20250301", 300, true);

                System.out.println(jedis.getbit("request-somepage-20250301", 100));
                System.out.println(jedis.getbit("request-somepage-20250301", 50));

                System.out.println(jedis.bitcount("request-somepage-20250301"));

                // bitmap vs set (메모리사용률 비교)
                Pipeline pipelined = jedis.pipelined(); // 여러개의 redis 명령어를 한번에 전송
                IntStream.rangeClosed(0, 100000).forEach(i -> {
                   pipelined.sadd("request-somepage-set-20250302", String.valueOf(i), "1");
                   pipelined.setbit("request-somepage-bit-20250302", 1, true);

                   if (1 == 1000) {
                       pipelined.sync();
                   }
                });

                pipelined.sync();

            }
        }

    }
}

말랑이

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2️⃣ Single Thread

3 Redis 구현사례

1️⃣ Cache

2️⃣ Session Store

3️⃣ Pub/Sub

4️⃣ Message Queue

5️⃣ leader board

4 Redis 실행

5 Redis CLI

6 DataTypes

1️⃣ String

명령어

터미널 실습

Java 코드 실습

2️⃣ List, Set

List 명령어

Blocking List 연산 명령어

Java 코드 실습

SET 명령어

Java 코드 실습

3️⃣ Hash

Hash 명령어

Java 실습 코드

4️⃣ Sorted Set

Sorted Set 명령어

Java 실습 코드

5️⃣ Geospatial

Geospatial 기본 문법

Java 실습 코드

6️⃣ Bitmap

Bitmap 기본문법

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