初心者向けPythonで学ぶRedis入門

本記事では、インメモリデータベースとして人気の高いRedisを、Pythonから使う方法を初心者向けにやさしく解説します。

基本的な考え方から導入手順、主要なデータ型の扱い方、そして実際にPythonコードを書く練習問題まで盛り込みました。この記事を通じて、以下のスキルが身につきます。

• Redisの概要と特徴を理解する
• PythonでRedisサーバーに接続し、基礎的な操作を行う
• 各種データ型の使い分けができる
• TTL（有効期限）の設定方法を学ぶ
• 簡単な演習問題を通して理解を定着させる

Redisとは何か

Redis（Remote Dictionary Server）は、メモリ上で動作する高速なキー・バリュー型データストアです。主に以下の用途で利用されます。

• キャッシュ（例：Webページのキャッシュ／APIレスポンスのキャッシュ）
• セッション管理
• リアルタイムランキング（Sorted Set）
• メッセージキュー（Pub/Sub 機能）

Redisはシングルスレッドで動作しますが、イベントループと効率的なデータ構造により、非常に高いパフォーマンスを実現しています。

環境構築

Redis サーバーのインストール

brew update
brew install redis
brew services start redis

sudo apt update
sudo apt install redis-server
sudo systemctl enable redis-server
sudo systemctl start redis-server

インストール後、redis-cli コマンドを実行して、Redisサーバーに接続できるか確認してみましょう。

$ redis-cli ping
PONG

Python用クライアントライブラリ（redis-py）のインストール

PythonからRedisに接続するためのライブラリとして、公式サポートのある redis-py を使います。以下のコマンドでインストールします。

pip install redis

Redisの基本操作

キーと値の登録・取得

Redisはシンプルなキー・バリュー型データベースです。文字列型(String)の基本操作は以下の通りです。

• SET: キーに値をセット
• GET: キーから値を取得

> SET mykey "こんにちは"
OK
> GET mykey
"こんにちは"

データ型

Redisには主要なデータ型が5つあります。用途に合わせて使い分けましょう。

1. String
   • 単純な文字列や数字を保持
2. List
   • 挿入順序を保持するリスト
   • LPUSH, RPUSH, LPOP, RPOP 等
3. Set
   • 重複を許さない集合
   • SADD, SMEMBERS, SREM 等
4. Hash
   • フィールドと値のマッピング（辞書）
   • HSET, HGETALL, HDEL 等
5. Sorted Set
   • スコア付き集合で、自動的にソートされる
   • ZADD, ZRANGE, ZREM 等

有効期限（TTL）の設定

Redisではキーに対して有効期限（TTL: Time To Live）を設定できます。キャッシュ用途などに便利です。

> SET tempkey "一時データ"
OK
> EXPIRE tempkey 60   # 60秒後に自動削除
(integer) 1
> TTL tempkey
(integer) 57

PythonからRedisを使ってみよう

以下ではPythonスクリプト内での接続と操作例を示します。

import redis

# Redisサーバーに接続（デフォルトhost=localhost, port=6379）
r = redis.Redis()

# String型の操作
r.set('greeting', 'こんにちは Redis')
print(r.get('greeting').decode())  # => こんにちは Redis

# List型の操作
r.rpush('tasks', 'task1', 'task2', 'task3')
tasks = r.lrange('tasks', 0, -1)
print([t.decode() for t in tasks])  # => ['task1', 'task2', 'task3']

# Hash型の操作
r.hset('user:100', mapping={'name': 'Alice', 'age': '30'})
user = r.hgetall('user:100')
print({k.decode(): v.decode() for k, v in user.items()})
# => {'name': 'Alice', 'age': '30'}

# TTLの設定
r.set('cache_item', 'value', ex=120)  # exパラメータで秒数指定
print(r.ttl('cache_item'))

エラー対策とベストプラクティス

with r.pipeline() as pipe:
    pipe.set('a', 1)
    pipe.set('b', 2)
    pipe.get('a')
    pipe.get('b')
    results = pipe.execute()

演習問題

以下の内容をRedisとPythonを使って実装してみましょう。

1. ユーザー投稿のカウント
   Hash型を使って、ユーザーIDごとの投稿数を管理する関数 increment_post_count(user_id) を作成してください。
2. ランキング機能
   Sorted Setを使って、ユーザーのスコアランキングを実装する関数 add_score(user_id, score) と、上位5ユーザーを取得する関数 get_top5() を作成してください。
3. 一時ログ
   List型を使って、最新10件の操作ログを保持する関数 push_log(message) を実装してください。古いログは自動で削除されるようにします。
4. キャッシュ切れの確認
   String型でキャッシュを保存し、キーが切れた場合に再生成するラッパー関数 get_or_set_cache(key, generator_func, ex_seconds) を作成してください。

演習問題 解答例

import redis

r = redis.Redis()

# 1. ユーザー投稿のカウント
def increment_post_count(user_id):
    key = f"user:{user_id}:posts"
    return r.hincrby("user_posts", key, 1)

# 2. ランキング機能
def add_score(user_id, score):
    # Sorted Set 'user_scores' にスコアを追加
    r.zincrby("user_scores", score, user_id)

def get_top5():
    # スコアが高い順に上位5件を取得 (reverse=True)
    top = r.zrevrange("user_scores", 0, 4, withscores=True)
    return [(user.decode(), int(score)) for user, score in top]

# 3. 一時ログ
def push_log(message):
    key = "operation_logs"
    # 最新10件のみ保持
    r.lpush(key, message)
    r.ltrim(key, 0, 9)

# 4. キャッシュ切れの確認
def get_or_set_cache(key, generator_func, ex_seconds=60):
    val = r.get(key)
    if val is not None:
        return val.decode()
    # キャッシュがない場合は generator_func() で取得しセット
    new_val = generator_func()
    r.set(key, new_val, ex=ex_seconds)
    return new_val

まとめ

本記事では、Redisの概要からインストール、主要なデータ型、Pythonからの利用方法、演習問題までを解説しました。

Redisは高速かつ使い勝手の良いインメモリデータストアとして、多くのWebサービスやアプリケーションで採用されています。

ぜひ、実際に手を動かしながらRedisの操作に慣れてみてください。応用的な機能（Pub/Sub、ストリーム、トランザクションなど）にもチャレンジすると、さらに活用の幅が広がります。