[내일배움캠프] Redis

📚 목차

🧩 인메모리 저장소와 Redis

Redis

• Java의 Map과 같은 방식으로 데이터를 저장하는 데이터베이스
• Redis의 특징: In-Memory 데이터베이스
  • 기존의 관계형 DB: 테이블 형태로 데이터를 영속적으로 저장함
    • 파일 시스템(SSD 또는 HDD)에 저장해 컴퓨터가 종료되어도 데이터가 사라지지 않음
    • 기본적으로 데이터를 읽고 쓰는 속도가 상대적으로 느림
  • Redis: 메모리(RAM)에 데이터를 저장함
    • 일반적인 RDBMS보다 빠르게 동작하지만 언제든 데이터가 사라질 수 있음
    • 특정 게시글의 조회수와 같이 빠르게 업데이트되는 데이터, 또는 사용자 세션이나 장바구니처럼 시간이 지나면 삭제되는 데이터를 저장하는 데 사용됨

NoSQL (Not only SQL)

• 관계형 DB는 일반적으로 테이블 형식으로 데이터를 저장하고, 그 데이터를 관리하기 위해 SQL문을 사용함
• Redis는 String, List, Set, Hash 등 다양한 형태의 데이터를 저장하며, 이를 관리하기 위해 SQL을 사용하지 않음

  SET greeting "Hello, Redis!"
  GET greeting

• 일관성을 포기하는 대신 확장성과 유연성을 확보함

• NoSQL 데이터베이스는 데이터를 관리하는 방법이 서로 다름
  • Key-Value: Python의 dict, Java의 Map과 같은 형태 (예: Redis)
  • Document: JSON, XML 등 복잡한 데이터 저장 (예: MongoDB)
  • Column-Family (Wide-Column): 각 Row의 Column이 고정되어 있지 않고, 필요한 데이터 Column을 이름, 데이터, timestamp와 함께 저장함 (예: cassandra)
  • 관계를 기준으로 데이터를 다루지 않기 때문에 스키마를 만들지 않고 비정형 대규모 데이터를 매우 빠르게 다룰 수 있음

Redis의 활용 사례

• Redis는 Key-Value NoSQL In-Memory 데이터베이스
• 데이터 변경이 잦은 기능을 다룰 때 많이 사용함
  • 리더보드, 방문자 트래킹
  • Session Clustering
  • Caching

🧩 Redis 설치하기

Windows(WSL)에서 Redis 설치하기

Ubuntu에서 Redis 설치/실행/종료하기

Docker를 이용해 Redis 설치하기

• Docker Hub에서 Redis를 검색하면 세 가지 이미지를 볼 수 있다.
  • redis: 가장 많이 사용된 Redis의 핵심 코어
  • redis/redis-stack-server: 여러 플러그인이 추가되어 확률형 데이터나 JSON 문서 등을 사용할 수 있음
  • redis/redis-stack: Redis Insight를 같이 사용 가능함
• docker-compose.yml 생성
• services: redis-stack: image: redis/redis-stack container_name: redis-stack-compose restart: always environment: REDIS_ARGS: "--requirepass systempass" # USERNAME=default / password=systempass ports: - 6379:6379 - 8001:8001
• docker compose up -d를 실행하면 자동으로 최신 버전 Redis Stack 이미지를 사용하게 된다.
• docker compose ps를 실행하면 컨테이너가 정상적으로 실행되었는지 확인 가능하다.

• Intellij IDEA에서 Redis DB를 연결해 사용 가능하다.
• Redis Stack을 설치한 경우 Redis Insignt도 같이 설치된다. http://localhost:8001에 접속하면 Redis Insight UI를 확인할 수 있다.
  • 여기서 USERNAME은 default, PASSWORD는 systempass로 설정되었다.

🧩 Redis 타입 살펴보기

String

• 가장 기본적인 자료형으로, Java의 Map<String, String>처럼 동작함
• SET <key> <value>: key에 value 문자열 저장
• GET <key>: key에 저장된 문자열 반환
• 저장된 데이터가 정수 데이터라면 데이터를 바로 증가, 감소가 가능함
  • INCR key: key에 저장된 데이터를 1 증가
  • DECR key: key에 저장된 데이터를 1 감소
• 여러 Key-Value를 한번에 다루는 방법
  • MSET key value [key value ...]: key value의 형태로 주어진 인자들을 각 key에 value를 저장
  • MGET key [key]: 주어진 모든 key에 해당하는 데이터를 반환

    MSET user:name alex user:email alex@example.com
    MGET user:name user:email # alex alex@example.com이 반환됨

• 문자열 = 바이트 배열이므로 이미지, 음성, 영상, 파일 등도 보관이 가능하다.
• 분산된 구조에서 비교적 큰 사이즈의 데이터를 주고받는 상황에서 Key만 전달해서 데이터는 여기있다고 전달하는 방식으로 활용 가능함

List

• 여러 문자열 데이터를 LinkedList 형태로 보관하는 자료형
• 스택 또는 큐처럼 사용 가능함
  • LPUSH key value: key에 저장된 리스트의 앞쪽에 value를 저장
  • RPUSH key value: key에 저장된 리스트의 뒤쪽에 value를 저장
  • LPOP key: key에 저장된 리스트의 앞쪽에서 값을 반환 및 제거
  • RPOP key: key에 저장된 리스트의 뒤쪽에서 값을 반환 및 제거

    LPUSH user:list alex  # [alex]
    LPUSH user:list brad  # [brad, alex]
    RPUSH user:list chad  # [brad, alex, chad]
    RPUSH user:list dave  # [brad, alex, chad, dave]
    LPOP user:list        # brad
    RPOP user:list        # chad

• Redis는 Key-Value 형태로 저장하므로, 실제로는 Map<String, List<String>>의 형태처럼 사용됨
  • GET user:list라고 입력하면 Key에 저장된 자료형이 달라 WRONGTYPE 에러가 발생한다.
• 리스트를 사용하면서 흔히 사용하는 길이 구하기, 범위 내 원소 반환하기 등의 기능도 제공함
  • LLEN key: key에 저장된 리스트의 길이를 반환
  • LRANGE key start end: key의 start부터 end까지 원소들을 반환
    • 파이썬처럼 음수 범위의 경우 뒤에서부터 반환함
• Worker Queue또는 SNS(X 등) 타임라인 등에서 사용 가능함

Set

• 문자열의 집합: 중복값을 제거하며 순서가 존재하지 않음
  • SADD key value: key에 저장된 집합에 value를 추가
  • SREM key value: key에 저장된 집합의 value를 제거
  • SMEMBERS key: key에 저장된 집합의 모든 원소를 반환
  • SISMEMBER key value: key에 저장된 집합에 value가 존재하는지 반환
  • SCARD key: key에 저장된 집합의 크기를 반환

    SADD user:java alex  # [alex]
    SADD user:java brad  # [alex, brad]
    SADD user:java chad  # [alex, brad, chad]
    SREM user:java alex  # [brad, chad]
    SMEMBERS user:java        # [alex, brad, chad]
    SISMEMBER user:java brad  # true
    SISMEMBER user:java dave  # false

• 교집합, 합집합 등의 기능도 제공함
  • SINTER key1 key2: key1과 key2에 저장된 집합들의 교집합의 원소들을 반환
  • SUNION key1 key2: key1과 key2에 저장된 집합들의 합집합의 원소들을 반환
  • SINTERCARD number key1 [key2 ...]: number개의 key에 저장된 집합들의 교집합의 크기를 반환

    SADD user:python alex
    SADD user:python dave
    SINTER user:java user:python        # [alex]
    SUNION user:java user:python        # [alex, brad, chad, dave]
    SINTERCARD 2 user:java user:python  # 1

• 어떤 데이터의 존재 여부를 확인하는 SISMEMBER는 O(1)의 시간복잡도를 가져 중복 없는 방문 수 또는 인증 토큰 블랙리스트 등을 구현할 때 활용 가능하다.

Hash

• Field-Value 쌍으로 이뤄진 자료형
• Hash 데이터를 가져오기 위해 Key를 사용하고, 이후 다시 Key에 저장된 Hash 데이터에 Field-Value 쌍을 넣어주는 형식으로 동작함
• Redis 전체가 Map이라면 Hash는 Map<String, Map<String, String>>의 형식
• Hash 관련 명령어들
  • HSET key field value [field value]: key의 Hash에 field에 value를 넣음
  • HGET key field: key에 저장된 Hash의 field에 저장된 value를 반환 (없으면 null)
  • HMGET key field [field]: key에 저장된 Hash에서 복수의 field에 저장된 value를 반환
  • HGETALL key: key에 저장된 Hash에 저장된 field - value를 전부 반환
  • HKEYS key: key에 저장된 Hash에 저장된 field를 전부 반환
  • HLEN key: key에 저장된 Hash에 저장된 field의 갯수를 반환

    HSET user:alex name alex age 25
    HSET user:alex major CSE
    HGET user:alex name
    HGET user:alex age
    HMGET user:alex age major
    HGETALL user:alex
    HKEYS user:alex
    HLEN user:alex

• 장바구니: 사용자 별로 Hash 데이터를 생성하고 물품-개수 형식으로 데이터를 저장하는 방식으로 구현 가능

Sorted Set

• 정렬된 집합: 기본적으로 Set과 동일하게 유일한 값들만 유지하지만, 여기서 각 값들에 score라는 실수를 함께 저장하고, 데이터를 가져올 때 score를 바탕으로 정렬함
• Sorted Set 관련 명령어
  • ZADD key score member [score member ...]: key의 Sorted Set에 score를 점수로 가진 member를 추가, 이미 있는 member의 경우 새로운 score를 설정
  • ZRANK key member: key의 Sorted Set의 member의 순위를 오름차순 기준으로 0에서 부터 세서 반환
  • ZRANGE key start stop: key의 Sorted Set의 member들을 start 부터 stop 순위까지 오름차순 기준으로 반환
  • ZREVRANK key member: key의 Sorted Set의 member의 순위를 내림차순 기준으로 0에서 부터 세서 반환
  • ZREVRANGE key start stop: key의 Sorted Set의 member들을 start 부터 stop 순위까지 내림차순 기준으로 반환
  • ZINCRBY key increment member: key의 Sorted Set의 member의 score를 increment 만큼 증가 (음수를 전달하면 감소)

    ZADD user:ranks 10 alex
    ZADD user:ranks 9 brad 11 chad
    ZADD user:ranks 8 dave
    ZINCRBY user:ranks 2 alex
    ZRANK user:ranks alex
    ZRANGE user:ranks 0 3
    ZREVRANK user:ranks alex
    ZREVRANGE user:ranks 0 3

• 리더보드나 Rate Limiter와 같이 순위와 관련된 기능을 만드는 데 사용함
  • ※ Rate Limiter: API 등을 제공할 때 짧은 시간에 지나치게 많은 요청을 막기 위한 기능

기타 공용 명령어

• DEL key: key(와 저장된 데이터)를 제거
• EXPIRE key seconds: key의 TTL(유효시각)을 seconds로 설정, seconds초가 지나면 key 제거
• EXPIRETIME key: key가 만료되는 시각을 Unix Timestamp로 반환
• KEYS *: 저장된 모든 Key 확인
• FLUSHDB: 모든 Key 제거

🧩 SpringBoot에서 Redis 사용하기

GitHub - qkrwns1478/redis-demo

• 새 프로젝트 생성: Spring Data Redis 종속성 추가

• application.yml 생성

spring:
  application:
    name: redis-demo
  config:
    import: optional:file:.env[.properties]
  data:
    redis:
      host: ${REDIS_HOST}
      port: ${REDIS_PORT}
      username: ${REDIS_USERNAME}
      password: ${REDIS_PASSWORD}

• Item 엔티티 생성

@Getter
@Setter
@Builder
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
@RedisHash("item") // Entity 대신 사용
public class Item implements Serializable {
    @Id private String id;
    private String name;
    private String description;
    private Integer price;
}

• ItemRepository 생성

public interface ItemRepository extends CrudRepository<Item, Long> {}

• ItemRepositoryTest 생성

@SpringBootTest
public class RedisRepositoryTest {
    @Autowired
    private ItemRepository itemRepository;

    @Test
    public void createTest() {
        Item item = Item.builder()
                .name("키보드")
                .description("비싸")
                .price(100000)
                .build();
        itemRepository.save(item);
    }
}

• 테스트 코드 실행 후 Redis에 해시 테이블이 추가된 것을 확인할 수 있다.

• item은 id값들을 들고 있는 집합이다.

• Redis에서는 id가 1부터 예쁘게 들어가는 게 아니라 임시값으로 들어간다.

• 일반적으로는 id값보다는 User Session이나 User Config 등 임시로 저장할 데이터를 저장하는 데 사용한다.

Redis Template

• RedisTemplateTest 생성: StringRedisTemplate은 각 자료형에 대응하는 *Operations 인터페이스 구현체를 반환할 수 있는 메서드들을 가지고 있다.

@SpringBootTest
public class RedisTemplateTest {
    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @Test
    public void stringOpsTest() {
        // 문자열 조작을 위한 클래스
        ValueOperations<String, String> ops = stringRedisTemplate.opsForValue();

        ops.set("simplekey", "simplevalue");
        System.out.println(ops.get("simplekey"));
    }
}

@Test
public void stringValueOpsTest() {
    ValueOperations<String, String> ops = stringRedisTemplate.opsForValue();
    ops.set("simplekey", "simplevalue");
    System.out.println(ops.get("simplekey"));
    ops.set("greeting", "hello redis!");
    System.out.println(ops.get("greeting"));
}

@Test
public void stringSetOpsTest() {
    SetOperations<String, String> setOps = stringRedisTemplate.opsForSet();
    setOps.add("hobbies", "games");
    setOps.add("hobbies", "coding");
    setOps.add("hobbies", "alcohol");
    setOps.add("hobbies", "games");
    System.out.println(setOps.size("hobbies"));
}

@Test
public void redisOpsTest() {
    // 10초 뒤에 일괄 만료(삭제)됨
    stringRedisTemplate.expire("simplekey", 10, TimeUnit.SECONDS);
    stringRedisTemplate.expire("greeting", 10, TimeUnit.SECONDS);
    stringRedisTemplate.expire("hobbies", 10, TimeUnit.SECONDS);
}

@Configuration에서 RedisTemplate 정의하기

• ItemDto 생성

@Getter
@ToString
@Builder
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class ItemDto {
    private String name;
    private String description;
    private Integer price;
}

• RedisConfig 생성: 커스텀 RedisTemplate 만들기

@Configuration
public class RedisConfig {
    @Bean
    public RedisTemplate<String, ItemDto> itemRedisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
        RedisTemplate<String, ItemDto> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(connectionFactory);
        template.setKeySerializer(RedisSerializer.string()); // Key 데이터를 문자열로 직렬/역직렬화
        template.setValueSerializer(RedisSerializer.json()); // Value 데이터를 JSON으로 직렬화
        return template; // Bean 객체로 등록
    }
}

@Autowired
private RedisTemplate<String, ItemDto> itemRedisTemplate;

@Test
public void itemRedisTemplateTest() {
    ValueOperations<String, ItemDto> ops = itemRedisTemplate.opsForValue();
    ops.set("my:keyboard", ItemDto.builder()
            .name("Mechanical Keyboard")
            .price(300000)
            .description("Expensive")
            .build());
    System.out.println(ops.get("my:keyboard"));

    ops.set("my:mouse", ItemDto.builder()
            .name("mouse mice")
            .price(100000)
            .description("Expensive")
            .build());
    System.out.println(ops.get("my:mouse"));
}