Redis 데이터타입 정리: 문자열부터 복합 데이터까지

개요

• Redis는 Key/Value 구조로 데이터를 저장하는 인메모리 데이터베이스입니다.
• Key는 텍스트 혹은 바이너리 형태로 저장되며, Redis는 매우 빠른 검색 성능을 자랑합니다.
  • 예: "name", "123", "@specialKey!"
• Value는 문자열부터 리스트, 셋, 해시맵 등 다양한 타입을 가질 수 있으며, 일반적으로 512MB 크기 제한이 있습니다.

---

주요 명령어

TTL (Time To Live)

• TTL은 데이터의 생존 시간을 의미하며, 특정 키에 대한 데이터가 설정된 시간이 지나면 자동으로 삭제되도록 할 수 있습니다.
  • EXPIRE key seconds: 지정한 시간(초)이 지나면 키가 자동으로 삭제됩니다.
  • TTL key: 해당 키의 남은 TTL 값을 초 단위로 반환합니다. 만약 TTL이 설정되지 않은 경우에는 -1을 반환하고, 이미 만료된 키는 -2를 반환합니다.

추가 설명:

• TTL은 Redis에서 캐시 데이터를 일정 시간 후에 자동으로 삭제할 때 유용합니다.
• TTL 설정 후 남은 시간을 확인할 수 있으며, TTL이 설정된 키는 Redis에서 설정된 시간이 지나면 자동으로 삭제됩니다.
• PERSIST 명령어를 사용하면 TTL 설정을 제거할 수 있습니다.

예시:

SET mykey "Hello" 
EXPIRE mykey 10               # mykey는 10초 후에 자동으로 삭제됨
TTL mykey                     # 남은 TTL 값 확인, 예: 7

• TTL이 만료된 후 :

 TTL mykey                     # -2 (만료됨)
 GET mykey                     # (nil) (이미 삭제됨)

• TTL 설정 제거:

 PERSIST mykey                 # TTL을 제거하여 mykey가 만료되지 않도록 설정
 TTL mykey                     # -1 (TTL 없음)

---

DEL (Delete)

• DEL은 특정 키와 해당하는 값을 동기적으로 삭제합니다. 즉, 삭제 작업이 완료될 때까지 기다린 후 다음 명령어를 처리합니다.

추가 설명:

• 단순히 키를 삭제하는 명령어로, 키가 존재하지 않으면 아무 작업도 하지 않습니다.
• 삭제 작업은 키와 연관된 데이터의 크기에 따라 시간이 다소 소요될 수 있습니다.

예시:

SET mykey "Hello" 
DEL mykey                     # mykey 삭제
GET mykey                     # (nil) (이미 삭제됨)

---

UNLINK (비동기적 삭제)

• UNLINK는 비동기적으로 키와 값을 삭제하는 명령어입니다. DEL과 달리 즉시 반환되며, 실제 삭제는 별도의 쓰레드에서 수행됩니다.
• 리스트(List), 셋(Set), 정렬된 셋(Sorted Set)과 같은 대형 자료 구조에서 삭제 작업을 비동기적으로 처리할 때 매우 유용합니다.
  • 동기적 삭제는 많은 요소를 포함하는 큰 자료구조를 삭제할 때 시간이 오래 걸릴 수 있으며, 이는 서버의 응답 지연을 유발할 수 있습니다.
  • 비동기적 삭제는 이러한 지연을 최소화하기 위해 삭제 작업을 백그라운드에서 처리합니다.

추가 설명:

• DEL은 즉시 키를 삭제하고 작업이 완료된 후 응답을 반환하는 반면, UNLINK는 응답을 즉시 반환하고 삭제 작업은 백그라운드에서 진행됩니다.
• 대규모 자료구조의 삭제 작업이 발생할 경우, DEL보다 UNLINK를 사용하는 것이 성능 상 더 유리합니다.

예시:

RPUSH mylist "a" "b" "c"       # 리스트에 값 삽입
UNLINK mylist                  # 리스트 비동기적 삭제

• 동기적 삭제 예시:

RPUSH mylist "a" "b" "c"
DEL mylist                     # 동기적 삭제

---

MEMORY USAGE

• MEMORY USAGE 명령어는 특정 키에 대해 Redis가 실제로 사용한 메모리 크기를 반환합니다. 데이터의 실제 메모리 적재량을 확인할 수 있으며, 이를 통해 메모리 사용량을 분석하고 최적화할 수 있습니다.

추가 설명:

• Value의 크기뿐만 아니라 Redis가 내부적으로 데이터를 저장하는 방식에 따른 오버헤드를 포함한 실제 메모리 사용량을 반환합니다.
• 값이 복잡한 자료 구조일 경우(예: 리스트, 해시, 셋) 메모리 사용량은 값 자체 외에도 자료 구조를 관리하는 데 필요한 메타데이터를 포함하여 계산됩니다.

예시:

SET mykey "Hello"
MEMORY USAGE mykey              # 키에 대한 메모리 사용량 반환 (예: 56 bytes)

• 복잡한 자료 구조 예시:

RPUSH mylist "a" "b" "c"
MEMORY USAGE mylist             # 리스트의 메모리 사용량 반환

---

PERSIST

• PERSIST는 TTL이 설정된 키에서 TTL을 제거하여 영구적으로 유지하도록 만듭니다. 이 명령어를 통해 데이터의 만료를 방지할 수 있습니다.

예시:

SET mykey "Hello"
EXPIRE mykey 30                 # 30초 후에 만료되도록 설정
PERSIST mykey                   # TTL 제거, 영구 보관
TTL mykey                       # -1 (TTL이 제거됨)

EXISTS

• EXISTS는 특정 키가 존재하는지 여부를 확인하는 명령어입니다. 키가 존재하면 1을 반환하고, 존재하지 않으면 0을 반환합니다.

예시:

SET mykey "Hello"
EXISTS mykey                    # 1 (존재함)
DEL mykey
EXISTS mykey                    # 0 (존재하지 않음)

요약

위에서 설명된 Redis의 주요 명령어는 데이터의 생존 시간 관리(TTL), 데이터 삭제(DEL, UNLINK), 메모리 사용량 확인(MEMORY USAGE) 등 다양한 상황에서 유용하게 사용할 수 있습니다. 또한, 각 명령어는 데이터 규모와 작업의 특성에 맞춰 성능 최적화를 고려해 선택할 수 있습니다.

• TTL과 PERSIST 명령어를 통해 데이터 만료 관리가 가능하고,
• DEL과 UNLINK 명령어를 통해 삭제 작업을 동기적 또는 비동기적으로 처리할 수 있으며,
• MEMORY USAGE 명령어를 통해 메모리 사용량을 최적화할 수 있습니다.

---

1. 문자열 (String)

Redis에서 가장 기본적인 데이터 타입이며, 문자열이나 숫자를 저장할 수 있습니다. 문자열은 최대 512MB까지 저장 가능하며, 숫자 데이터의 경우 증가(INCR), 감소(DECR) 등의 연산이 가능합니다.

주요 명령어

• SET key value: 키에 값을 저장.
• GET key: 키에 저장된 값을 가져옴.
• INCR key: 문자열 값을 숫자로 변환 후 1 증가.
• INCRBY key increment: 지정한 숫자만큼 증가.
• DECR key: 문자열 값을 숫자로 변환 후 1 감소.
• DECRBY key decrement: 지정한 숫자만큼 감소.
• APPEND key value: 기존 문자열에 새로운 문자열을 덧붙임.
• STRLEN key: 문자열의 길이를 반환.
• MSET key1 value1 key2 value2: 여러 키-값을 한 번에 설정.
• MGET key1 key2: 여러 키의 값을 한 번에 가져옴.

예시:

SET user:1000 "Alice"
GET user:1000                       # "Alice"

INCR user:count                     # 1
INCRBY user:count 5                 # 6  숫자 5가 기존 1에 더하여진다. 결국 value는 6이됨
DECRBY user:count 2                 # 4  INCRBY의 반대 메커니즘이다. 마이나스 연산을 한다. 즉 6 -2 = 4가 된다.
# 숫자 값(증가 감소에 따른)의 원자성을 보장해주기 위해 INCR, INCRBY, DECR, DECRBY를 사용하도록 하자.

APPEND user:1000 " is great"         # "Alice is great"
STRLEN user:1000                    # 14

---

2. 리스트 (List)

리스트는 삽입된 순서대로 값을 저장하는 자료구조입니다. 주로 스택(Stack), 큐(Queue), 데이터 스트림 등의 작업에 유용합니다.

주요 명령어

• LPUSH key value: 리스트의 왼쪽에 값 삽입.
• RPUSH key value: 리스트의 오른쪽에 값 삽입.
• LPOP key: 리스트의 왼쪽에서 값을 꺼냄.
• RPOP key: 리스트의 오른쪽에서 값을 꺼냄.
• LRANGE key start stop: 지정된 범위 내의 리스트 값들을 반환.
• LLEN key: 리스트의 길이 반환.
• LSET key index value: 리스트의 특정 인덱스에 있는 값을 설정.
• LREM key count value: 리스트에서 지정된 값을 삭제.
• LINDEX key index: 리스트의 특정 인덱스에 있는 값을 반환.

예시:

LPUSH mylist "apple"
LPUSH mylist "banana"
LRANGE mylist 0 -1                  # ["banana", "apple"]

LPUSH books:favorites '{id: 100}'
LPUSH books:favorites '{id: 200}'
LRANGE books: favorites 0 1
1) "{id: 100}"
2) "{id: 200}"
LRANGE books:favorites 0 -1
1) "{id: 100}"
2) "{id: 200}"

LPOP books:favorites 1
1) "{id: 100}"
RPOP books:favorites 1
2) "{id: 200}"

RPOP mylist                         # "apple"
LPOP mylist                         # "banana"

RPUSH mylist "cherry"
LINDEX mylist 0                     # "cherry"
LLEN mylist                         # 1

---

3. 셋 (Set)

셋(Set)은 정렬되지 않으며 중복되지 않는 고유한 값을 저장하는 자료구조입니다. 셋의 주요 장점은 교집합, 합집합, 차집합과 같은 집합 연산이 빠르다는 점입니다.

주요 명령어

• SADD key value: 셋에 값을 추가.
• SREM key value: 셋에서 값을 제거.
• SISMEMBER key value: 값이 셋에 포함되어 있는지 여부를 반환.
• SCARD key: 셋에 저장된 요소의 수를 반환.
• SMEMBERS key: 셋에 있는 모든 요소를 반환.
• SINTER key1 key2: 두 셋의 교집합을 반환.
• SUNION key1 key2: 두 셋의 합집합을 반환.
• SDIFF key1 key2: 두 셋의 차집합을 반환.
• SRANDMEMBER key [count]: 셋에서 랜덤하게 하나 이상의 요소를 반환.
• SPOP key [count]: 셋에서 랜덤하게 하나 이상의 요소를 꺼내서 삭제.

예시:

SADD myset "apple"
SADD myset "banana"
SISMEMBER myset "apple"             # 1 (존재함)

SCARD myset                         # 2
SMEMBERS myset                      # ["apple", "banana"]

SADD myset2 "banana"
SADD myset2 "cherry"
SINTER myset myset2                 # ["banana"]
SUNION myset myset2                 # ["apple", "banana", "cherry"]
SDIFF myset myset2                  # ["apple"]

---

4. 정렬된 셋 (Sorted Set)

정렬된 셋(Sorted Set)은 점수(Score)를 기반으로 정렬된 셋입니다. 각 요소에 할당된 점수에 따라 자동으로 정렬되며, 주로 랭킹 시스템에서 사용됩니다.

주요 명령어

• ZADD key score member: 점수와 함께 요소를 추가.
• ZRANGE key start stop [WITHSCORES]: 범위 내 요소들을 반환(작은 순서).
• ZREVRANGE key start stop [WITHSCORES]: 범위 내 요소들을 반환(큰 순서).
• ZRANGEBYSCORE key min max [WITHSCORES]: 점수 범위 내 요소들을 반환.
• ZREM key member: 특정 요소를 삭제.
• ZCARD key: 정렬된 셋의 요소 개수를 반환.
• ZSCORE key member: 특정 요소의 점수를 반환.
• ZINCRBY key increment member: 특정 요소의 점수를 증가.

예시:

ZADD leaderboard 100 "Alice"
ZADD leaderboard 200 "Bob"
ZRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES  # ["Alice", 100, "Bob", 200]
ZREVRANGE leaderboard 0 -1 WITHSCORES  # ["Bob", 200, "Alice", 100]

ZINCRBY leaderboard 50 "Alice"      # Alice 점수를 50만큼 증가
ZSCORE leaderboard "Alice"          # 150

# - `game:scores`는 Sorted Set의 이름이며, 각 사용자와 해당 점수가 추가됩니다.
# - `user1`, `user2` 등은 사용자 이름이고, 각 사용자에게 점수가 할당됩니다.
# - Sorted Set은 점수에 따라 자동으로 정렬되며, 이 순위는 나중에 조회할 때 사용할 수 있습니다.
127.0.0.1:6379> zadd game:scores 100 user1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd game:scores 250 user2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd game:scores 30 user3
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd game:scores 40 user5
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd game:scores 300 user6
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd game:scores 150 user7
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd game:scores 190 user8
(integer) 1

# - 모든 요소를 낮은 점수부터 높은 점수 순으로 반환합니다.
# - `0 -1`은 전체 범위를 의미하며, WITHSCORES 옵션을 추가하면 점수와 함께 반환됩니다.
# 
127.0.0.1:6379> zrange game:scores 0 -1 withscores
 1) "user3"
 2) "30"
 3) "user5"
 4) "40"
 5) "user1"
 6) "100"
 7) "user7"
 8) "150"
 9) "user8"
10) "190"
11) "user2"
12) "250"
13) "user6"
14) "300"

# - 모든 요소를 **낮은 점수부터 높은 점수** 순으로 반환합니다.
# - `0 -1`은 전체 범위를 의미하며, **WITHSCORES** 옵션을 추가하면 점수와 함께 반환됩니다.
127.0.0.1:6379> zrange game:scores 0 +inf byscore limit 0 3 withscores
1) "user3"
2) "30"
3) "user5"
4) "40"
5) "user1"
6) "100"

# - 이 명령어는 **점수 기반으로 정렬**된 사용자 중 **상위 3명**을 반환하는 명령어입니다.
# - `BYSCORE` 옵션을 사용하여 점수를 기준으로 정렬하고, `LIMIT 0 3`은 상위 3명의 결과만 반환하는 것을 의미합니다.
# - 결과는 **낮은 점수**에서 **높은 점수** 순으로 반환됩니다.
127.0.0.1:6379> zrange game:scores +inf 0 byscore rev limit 0 3 withscores
1) "user6"
2) "300"
3) "user2"
4) "250"
5) "user8"
6) "190"

---

5. 해시 (Hash)

해시(Hash)는 필드-값(Field-Value) 쌍을 저장하는 자료구조로, 하나의 키에 여러 값을 저장할 수 있습니다. 데이터베이스 레코드나 JSON 구조의 데이터를 저장하는 데 유용합니다.

주요 명령어

• HSET key field value: 해시에 필드와 값을 설정.
• HGET key field: 특정 필드의 값을 반환.
• HGETALL key: 해시에 있는 모든 필드와 값을 반환.
• HDEL key field: 특정 필드를 삭제.
• HLEN key: 해시에 있는 필드 수를 반환.
• HEXISTS key field: 필드가 존재하는지 여부를 반환.
• HMSET key field1 value1 field2 value2: 여러 필드를 한 번에 설정.
• HMGET key field1 field2: 여러 필드를 한 번에 조회.
• HINCRBY key field increment: 해시 자료구조에서 value의 정수 값을 원자적으로 수정 및 관리

예시:

HSET user:1000 name "Alice"
HSET user:1000 age 30
HGET user:1000 name               # "Alice"
HGETALL user:1000                 # ["name", "Alice", "age", "30"]

HSET user:1000 email "hyeseong43@gmail.com" hobbies '["workout", "listening music"]'

127.0.0.1:6379> HGETALL user:1000
1) "name"
2) "Alice"
3) "age"
4) "30"
5) "email"
6) "hyeseong43@gmail.com"
7) "hobbies"
8) "[\"workout\", \"listening music\"]"

127.0.0.1:6379> HDEL user:1000 age
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HLEN user:1000
(integer) 3

---

6. Geospatial (지리 데이터)

Redis의 Geospatial 데이터 타입은 위도와 경도 데이터를 저장하고, 거리 계산 및 반경 검색을 제공하는 기능입니다. 위치 기반 서비스에 유용하게 사용됩니다.

주요 명령어

• GEOADD key longitude latitude member: 좌표 데이터를 저장.
• GEODIST key member1 member2 [unit]: 두 좌표 간의 거리 계산.
• GEORADIUS key longitude latitude radius [unit]: 특정 좌표를 중심으로 반경 내의 값을 검색.
• GEORADIUSBYMEMBER key member radius [unit]: 특정 좌표 멤버를 기준으로 반경 내의 값을 검색.
• GEOPOS key member: 특정 좌표 멤버의 위도와 경도를 반환.

예시:

GEOADD locations 13.361389 38.115556 "Palermo"
GEOADD locations 15.087269 37.502669 "Catania"
GEODIST locations "Palermo" "Catania" km      # 두 도시 간의 거리 계산

GEORADIUS locations 15 37 200 km              # 반경 200km 내의 위치 검색

---

7. Bitmap (비트맵)

Bitmap은 비트를 이용해 데이터를 저장하고, 비트 단위의 연산을 제공하는 자료구조입니다. 사용자 상태 추적이나 대규모 집합을 관리하는 데 유용합니다.

주요 명령어

• SETBIT key offset value: 특정 비트의 값을 설정.
• GETBIT key offset: 특정 비트의 값을 반환.
• BITCOUNT key [start end]: 비트 값이 1인 비트의 개수를 반환.
• BITOP operation destkey key1 [key2 ...]: 비트 연산을 수행(AND, OR, XOR).

예시:

SETBIT mybitmap 1 1
SETBIT mybitmap 2 0
GETBIT mybitmap 1                   # 1
BITCOUNT mybitmap                   # 1

---

8. HyperLogLog

HyperLogLog는 대규모 데이터 집합에서 고유 항목 수를 매우 효율적으로 추정하는 자료구조입니다. 메모리 사용량을 최소화하면서 고유 항목의 개수를 추정할 수 있습니다.

주요 명령어

• PFADD key element: 고유 항목을 추가.
• PFCOUNT key: 고유 항목 수를 반환.
• PFMERGE destkey sourcekey: 여러 HyperLogLog를 병합.

예시:

PFADD visitors "user1"
PFADD visitors "user2"
PFCOUNT visitors                      # 2

---

결론:

Redis는 다양한 데이터 타입과 명령어를 제공하여 효율적인 메모리 사용과 빠른 성능을 자랑하는 인메모리 데이터베이스입니다. 각 데이터 타입에 맞는 다양한 명령어를 통해 캐싱, 세션 관리, 실시간 데이터 처리 등을 효율적으로 처리할 수 있습니다.