Fundamentos de las bases de datos clave-valor Redis

1. ¿Cómo funcionan las bases de datos clave-valor? #

🔹 Concepto básico:
Las bases de datos clave-valor almacenan la información como un diccionario o objeto, donde cada dato tiene:

• Una clave (key): Es un identificador único, como un nombre o un ID.
• Un valor (value): Es la información almacenada, que puede ser un número, una cadena de texto, un objeto JSON o incluso un archivo.

📌 Ejemplo en la vida real
Piensa en una agenda de contactos:

• Clave: Nombre del contacto.
• Valor: Número de teléfono.

Ejemplo en Redis:

1SET contacto:juan "555-1234"
2GET contacto:juan  # Devuelve "555-1234"

2. Estructura de almacenamiento en Redis y Memcached #

🔹 Redis:

• Guarda los datos en memoria RAM para mayor velocidad.
• Permite diferentes estructuras de datos (listas, hashes, conjuntos).
• Puede guardar los datos en disco para persistencia.

🔹 Memcached:

• Solo almacena pares clave-valor en memoria (sin estructuras avanzadas).
• No guarda datos en disco, solo se usa como caché.

📌 Diferencia clave: Redis es más flexible, pero Memcached es más rápido para datos pequeños y temporales.

3. Operaciones básicas en bases de datos clave-valor #

4. STRINGS (Cadenas) #

• SET #

  Guarda un valor asociado a una clave.

  1SET saludo "Hola mundo"

• GET #

  Recupera el valor de una clave.

  1GET saludo  # Resultado: "Hola mundo"

• INCR #

  Incrementa un valor numérico.

  1SET visitas 1
  2INCR visitas  
  3# Resultado: 2

• APPEND #

  Añade texto al final del valor.

  1APPEND saludo ", ¿cómo estas?"  
  2# Resultado: "Hola mundo, ¿cómo estas?"

• SETEX #

  Guarda un valor con tiempo de expiración.

  1SETEX codigo 30 "123456"  
  2# Expira en 30 segundos

• EXPIRE #

  Establce un tiempo de expiración en segundos para una clave.

  1EXPIRE codigo 30

• PERSIST #

  Elimina el tiempo de expiración de una clave.

  1PERSIST codigo

5. LISTS (Listas) #

Lista ordenada de elementos (como un array).

• LPUSH / RPUSH #

  Inserta elementos al inicio o al final de una lista.

  1LPUSH tareas "leer"
  2RPUSH tareas "estudiar"

• LPOP / RPOP #

  Elimina y devuelve el primer/último elemento.

  1LPOP tareas  # Resultado: "leer"

• LRANGE #

  Muestra los elementos entre dos posiciones.

  1LRANGE tareas 0 -1  # Lista completa

• LLEN #

  Longitud de la lista.

  1LLEN tareas  # Resultado: 1 (porque quitamos "leer")

6. SETS (Conjuntos) #

Colección no ordenada de elementos únicos (sin duplicados).

Muy útil para comprobar pertenencia y hacer operaciones de conjuntos (unión, intersección…)

• SADD #

  Añade un elemento (sin duplicados).

  1SADD frutas "manzana"
  2SADD frutas "pera"
  3SADD frutas "manzana"  # No se repite

• SMEMBERS #

  Devuelve todos los miembros.

  1SMEMBERS frutas  # Resultado: "manzana", "pera"

• SISMEMBER #

  Comprueba si un valor existe.

  1SISMEMBER frutas "pera"  # Resultado: 1 (true)

• SREM #

  Elimina un elemento.

  1SREM frutas "pera"

• SDIFF #

  Devuelve la diferencia entre dos conjuntos.

  1SADD set1 "a" "b" "c"
  2SADD set2 "b" "c" "d"
  3SDIFF set1 set2  # Resultado: "a"

• SINTER #

  Devuelve la intersección de dos conjuntos.

  1SADD set1 "a" "b" "c"
  2SADD set2 "b" "c" "d"
  3SINTER set1 set2  # Resultado: "b", "c"

7. ZSETS (Conjuntos ordenados) #

Como un Set, pero cada elemento tiene un score que permite ordenarlo.

Se accede por rango de valores o posiciones.

• ZADD #

  Añade un valor con puntuación.

  1ZADD ranking 100 "Ana"
  2ZADD ranking 150 "Luis"

• ZRANGE #

  Devuelve elementos ordenados por puntuación (menor a mayor).

  1ZRANGE ranking 0 -1 WITHSCORES

• ZREVRANGE #

  Orden inverso.

  1ZREVRANGE ranking 0 -1 WITHSCORES

• ZINCRBY #

  Incrementa puntuación.

  1ZINCRBY ranking 52 "Ana"  
  2# Ana ahora tiene 152

8. HASHES #

Almacena un conjunto de pares campo-valor.

• HSET #

  Añade un campo y valor a un hash.

  1HSET user:1 nombre "Lucia"
  2HSET user:1 edad 30

• HGET #

  Recupera un campo específico.

  1HGET user:1 nombre  
  2# Resultado: "Lucia"

• HGETALL #

  Todos los campos y valores.

  1HGETALL user:1

• HDEL #

  Elimina un campo.

  1HDEL user:1 edad

• HLEN #

  Devuelve el número de campos.

  1HLEN user:1  
  2# Resultado: 1

• HINCRBY #

  Incrementa un campo numérico.

  1HINCRBY user:1 edad 9
  2# Incrementa la edad en 9

9. BITMAPS #

Permite trabajar directamente con bits individuales (SETBIT, GETBIT).

Muy eficiente para marcar presencia/ausencia (por ejemplo, asistencia o flags).

• SETBIT / GETBIT #

  Modifica y consulta bits individuales.

  1SETBIT flags 2 1
  2GETBIT flags 2  # Resultado: 1

• BITCOUNT #

  Cuenta bits en 1.

  1BITCOUNT flags  # Resultado: 1

10. HYPERLOGLOG #

Estructura para contar elementos únicos de forma aproximada, pero muy eficiente en memoria.

• PFADD y PFCOUNT #

  Estimación de elementos únicos.

  1PFADD usuarios "juan" "ana" "luis"
  2PFCOUNT usuarios  
  3# Resultado: 3

11. GEO #

Guarda coordenadas (latitud, longitud) para objetos.

Puedes buscar por distancia, calcular rutas, etc.

• 📦 Buscar tiendas cercanas a un usuario
• 🚕 Calcular distancia entre conductores y pasajeros
• 📍 Aplicaciones de entrega o logística
• 🛒 Mostrar resultados ordenados por cercanía

• GEOADD #

  Añade ubicación geográfica.

  1GEOADD ciudades 13.361389 38.115556 "Palermo"
  2GEOADD ciudades 15.087269 37.502669 "Catania"

• GEODIST #

  Distancia entre puntos.

  1GEODIST ciudades "Palermo" "Catania" km

• GEORADIUS (Redis 6 y anteriores) busca lugares cercanos a una coordenada #

Busca lugares a 200 km de la coordenada 15 37

1GEORADIUS ciudades 15 37 200 km

• GEOPOS #

Devuelve la coordenada de una o mas localizaciones.

1GEOPOS ciudades "Palermo" "Catania"

• GEOHASH #

Obtener hash geoespacial (no muy útil para humanos):

1GEOHASH ciudades "Palermo"

12. STREAMS #

Estructura de datos para flujos de datos (logs, eventos). Similar a un log de Kafka.

• Guarda eventos ordenados por tiempo.
• Cada evento tiene un ID único.
• Puede contener uno o varios campos con valores (tipo JSON plano).

Uso:

• 🔔 Registro de sensores
• 📈 Logs en tiempo real
• 🔄 Sistemas de colas (productores y consumidores)
• 🧪 Sistemas de mediciones continuas

• XADD #

  Añade un evento al stream.

  1XADD mediciones * temperatura 22

  • el * significa que generará el id automaticamente

• XDEL #

  Elimina un mensaje por ID.

  1XDEL mediciones 1689999999999-0

• XRANGE #

  Muestra todos los registros.

  1XRANGE mediciones - +

  1XRANGE mediciones - + COUNT 10

  • mediciones: nombre del stream.
  • -: inicio del rango (- significa el primer ID disponible).
  • +: fin del rango (+ significa el último ID disponible).
  • COUNT 10: máximo 10 resultados (opcional pero recomendable si hay muchos datos).

• XREAD (no siempre es soportado) #

  Lee eventos del stream.

  1XREAD COUNT 1 STREAMS mediciones <id>
  2
  3XREAD STREAMS mediciones 0

  • COUNT 1 indica el número de elementos a leer
  • id: a partir de qué ID leer. Si usas 0, leerá desde el principio. Si usas $, leerá solo los que lleguen después.

13. Trabajo con CLAVES #

• DEL #

  Elimina una clave.

  1DEL saludo

• EXPIRE #

  Tiempo de vida en segundos.

  1EXPIRE codigo 30

• TTL #

  Ver cuántos segundos le quedan.

  1TTL codigo

• RENAME #

  Cambia el nombre de la clave.

  1RENAME saludo saludo_nuevo

• KEYS #

  Lista todas las claves que coincidan.

  1KEYS user:*  # Muestra todas las claves que comienzan con "user:"

14. TRANSACCIONES #

• MULTI, EXEC #

  Agrupa comandos que se ejecutan juntos.

  1MULTI
  2SET producto "camisa"
  3INCR stock
  4EXEC

15. PUB/SUB #

Es un sistema de mensajería en tiempo real que permite implementar el patrón de publicador/suscriptor (Publisher/Subscriber).

• Un publicador (PUBLISH) envía mensajes a un canal.
• Uno o más suscriptores (SUBSCRIBE) escuchan ese canal.
• Cada mensaje enviado se distribuye en tiempo real a todos los suscriptores conectados.

• SUBSCRIBE (Terminal A) #

  1SUBSCRIBE canal

• PUBLISH (Terminal B) #

  1PUBLISH canal "¡Nuevo mensaje!"

16. Persistencia y almacenamiento en memoria #

🔹 ¿Redis pierde los datos cuando se apaga?
Redis almacena los datos en memoria RAM, pero ofrece dos opciones para guardar los datos en disco:

✅ RDB (Redis Database Backup)

• Guarda copias completas de la base de datos en intervalos regulares.
• Se usa para backups.

✅ AOF (Append-Only File)

• Guarda cada operación realizada en Redis.
• Se usa para evitar pérdida de datos si el servidor se apaga.

📌 Para activar AOF, edita el archivo redis.conf y añade:

1appendonly yes

Esto garantiza que Redis registre cada cambio en un archivo de log y pueda restaurar los datos después de un reinicio.

17. Consistencia y particionamiento en Redis #

🔹 Consistencia en Redis
Redis sigue el modelo de consistencia eventual, lo que significa que los datos pueden replicarse en varios servidores y sincronizarse con el tiempo.

🔹 Particionamiento para grandes volúmenes de datos
Si tienes millones de claves, puedes dividir los datos en múltiples servidores con Redis Cluster.

1redis-cli --cluster create 192.168.1.1:6379 192.168.1.2:6379 192.168.1.3:6379 --cluster-replicas 1

Esto permite distribuir la carga y hacer que Redis maneje grandes volúmenes de datos sin problemas.