Redis是什么？看這一篇就夠了

來(lái)源：https://www.cnblogs.com/powertoolsteam/p/redis.html

引言

在Web應(yīng)用發(fā)展的初期，那時(shí)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)受到了較為廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，原因是因?yàn)槟菚r(shí)候Web站點(diǎn)基本上訪問(wèn)和并發(fā)不高、交互也較少。而在后來(lái)，隨著訪問(wèn)量的提升，使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的Web站點(diǎn)多多少少都開始在性能上出現(xiàn)了一些瓶頸，而瓶頸的源頭一般是在磁盤的I/O上。而隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，各種類型的應(yīng)用層出不窮，這導(dǎo)致在當(dāng)今云計(jì)算、大數(shù)據(jù)盛行的時(shí)代，對(duì)性能有了更多的需求，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1. 低延遲的讀寫速度：應(yīng)用快速地反應(yīng)能極大地提升用戶的滿意度
2. 支撐海量的數(shù)據(jù)和流量：對(duì)于搜索這樣大型應(yīng)用而言，需要利用PB級(jí)別的數(shù)據(jù)和能應(yīng)對(duì)百萬(wàn)級(jí)的流量
3. 大規(guī)模集群的管理：系統(tǒng)管理員希望分布式應(yīng)用能更簡(jiǎn)單的部署和管理
4. 龐大運(yùn)營(yíng)成本的考量：IT部門希望在硬件成本、軟件成本和人力成本能夠有大幅度地降低

為了克服這一問(wèn)題，NoSQL應(yīng)運(yùn)而生，它同時(shí)具備了高性能、可擴(kuò)展性強(qiáng)、高可用等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛開發(fā)人員和倉(cāng)庫(kù)管理人員的青睞。

Redis是什么

Redis是現(xiàn)在最受歡迎的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)之一，Redis是一個(gè)使用ANSI C編寫的開源、包含多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、支持網(wǎng)絡(luò)、基于內(nèi)存、可選持久性的鍵值對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，其具備如下特性：

• 基于內(nèi)存運(yùn)行，性能高效
• 支持分布式，理論上可以無(wú)限擴(kuò)展
• key-value存儲(chǔ)系統(tǒng)
• 開源的使用ANSI C語(yǔ)言編寫、遵守BSD協(xié)議、支持網(wǎng)絡(luò)、可基于內(nèi)存亦可持久化的日志型、Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供多種語(yǔ)言的API

相比于其他數(shù)據(jù)庫(kù)類型，Redis具備的特點(diǎn)是：

• C/S通訊模型
• 單進(jìn)程單線程模型
• 豐富的數(shù)據(jù)類型
• 操作具有原子性
• 持久化
• 高并發(fā)讀寫
• 支持lua腳本

哪些大廠在使用Redis？

• github
• twitter
• 微博
• Stack Overflow
• 阿里巴巴
• 百度
• 美團(tuán)
• 搜狐

Redis的應(yīng)用場(chǎng)景有哪些？

Redis 的應(yīng)用場(chǎng)景包括：緩存系統(tǒng)（“熱點(diǎn)”數(shù)據(jù)：高頻讀、低頻寫）、計(jì)數(shù)器、消息隊(duì)列系統(tǒng)、排行榜、社交網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

Redis的數(shù)據(jù)類型及主要特性

Redis提供的數(shù)據(jù)類型主要分為5種自有類型和一種自定義類型，這5種自有類型包括：String類型、哈希類型、列表類型、集合類型和順序集合類型。

String類型：

它是一個(gè)二進(jìn)制安全的字符串，意味著它不僅能夠存儲(chǔ)字符串、還能存儲(chǔ)圖片、視頻等多種類型, 最大長(zhǎng)度支持512M。

對(duì)每種數(shù)據(jù)類型，Redis都提供了豐富的操作命令，如：

• GET/MGET
• SET/SETEX/MSET/MSETNX
• INCR/DECR
• GETSET
• DEL

哈希類型：

該類型是由field和關(guān)聯(lián)的value組成的map。其中，field和value都是字符串類型的。

Hash的操作命令如下：

• HGET/HMGET/HGETALL
• HSET/HMSET/HSETNX
• HEXISTS/HLEN
• HKEYS/HDEL
• HVALS

列表類型：

該類型是一個(gè)插入順序排序的字符串元素集合, 基于雙鏈表實(shí)現(xiàn)。

List的操作命令如下：

• LPUSH/LPUSHX/LPOP/RPUSH/RPUSHX/RPOP/LINSERT/LSET
• LINDEX/LRANGE
• LLEN/LTRIM

集合類型：

Set類型是一種無(wú)順序集合, 它和List類型最大的區(qū)別是：集合中的元素沒(méi)有順序, 且元素是唯一的。

Set類型的底層是通過(guò)哈希表實(shí)現(xiàn)的，其操作命令為：

• SADD/SPOP/SMOVE/SCARD
• SINTER/SDIFF/SDIFFSTORE/SUNION

Set類型主要應(yīng)用于：在某些場(chǎng)景，如社交場(chǎng)景中，通過(guò)交集、并集和差集運(yùn)算，通過(guò)Set類型可以非常方便地查找共同好友、共同關(guān)注和共同偏好等社交關(guān)系。

順序集合類型：

ZSet是一種有序集合類型，每個(gè)元素都會(huì)關(guān)聯(lián)一個(gè)double類型的分?jǐn)?shù)權(quán)值，通過(guò)這個(gè)權(quán)值來(lái)為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序。與Set類型一樣，其底層也是通過(guò)哈希表實(shí)現(xiàn)的。

ZSet命令：

• ZADD/ZPOP/ZMOVE/ZCARD/ZCOUNT
• ZINTER/ZDIFF/ZDIFFSTORE/ZUNION

Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

關(guān)于上表中的部分釋義：

1. 壓縮列表是列表鍵和哈希鍵的底層實(shí)現(xiàn)之一。當(dāng)一個(gè)列表鍵只包含少量列表項(xiàng)，并且每個(gè)列表項(xiàng)要么就是小整數(shù)，要么就是長(zhǎng)度比較短的字符串，Redis就會(huì)使用壓縮列表來(lái)做列表鍵的底層實(shí)現(xiàn)
2. 整數(shù)集合是集合鍵的底層實(shí)現(xiàn)之一，當(dāng)一個(gè)集合只包含整數(shù)值元素，并且這個(gè)集合的元素?cái)?shù)量不多時(shí)，Redis就會(huì)使用整數(shù)集合作為集合鍵的底層實(shí)現(xiàn)

如下是定義一個(gè)Struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的例子：

簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串SDS (Simple Dynamic String)

基于C語(yǔ)言中傳統(tǒng)字符串的缺陷，Redis自己構(gòu)建了一種名為簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串的抽象類型，簡(jiǎn)稱SDS，其結(jié)構(gòu)如下：

SDS幾乎貫穿了Redis的所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用十分廣泛。

SDS的特點(diǎn)

和C字符串相比，SDS的特點(diǎn)如下：

1. 常數(shù)復(fù)雜度獲取字符串長(zhǎng)度

Redis中利用SDS字符串的len屬性可以直接獲取到所保存的字符串的長(zhǎng)　　　　度，直接將獲取字符串長(zhǎng)度所需的復(fù)雜度從C字符串的O(N)降低到了O(1)。

2. 減少修改字符串時(shí)導(dǎo)致的內(nèi)存重新分配次數(shù)

通過(guò)C字符串的特性，我們知道對(duì)于一個(gè)包含了N個(gè)字符的C字符串來(lái)說(shuō)，其底層實(shí)現(xiàn)總是N+1個(gè)字符長(zhǎng)的數(shù)組（額外一個(gè)空字符結(jié)尾）

那么如果這個(gè)時(shí)候需要對(duì)字符串進(jìn)行修改，程序就需要提前對(duì)這個(gè)C字符串?dāng)?shù)組進(jìn)行一次內(nèi)存重分配（可能是擴(kuò)展或者釋放）

而內(nèi)存重分配就意味著是一個(gè)耗時(shí)的操作。

Redis巧妙的使用了SDS避免了C字符串的缺陷。在SDS中，buf數(shù)組的長(zhǎng)度不一定就是字符串的字符數(shù)量加一，buf數(shù)組里面可以包含未使用的字節(jié)，而這些未使用的字節(jié)由free屬性記錄。

與此同時(shí)，SDS采用了空間預(yù)分配的策略，避免C字符串每一次修改時(shí)都需要進(jìn)行內(nèi)存重分配的耗時(shí)操作，將內(nèi)存重分配從原來(lái)的每修改N次就分配N次——>降低到了修改N次最多分配N次。

如下是Redis對(duì)SDS的簡(jiǎn)單定義：

Redis特性1：事務(wù)

• 命令序列化，按順序執(zhí)行
• 原子性
• 三階段: 開始事務(wù) - 命令入隊(duì) - 執(zhí)行事務(wù)
• 命令：MULTI/EXEC/DISCARD

Redis特性2：發(fā)布訂閱(Pub/Sub)

• Pub/sub是一種消息通訊模式
• Pub發(fā)送消息, Sub接受消息
• Redis客戶端可以訂閱任意數(shù)量的頻道
• “fire and forgot”, 發(fā)送即遺忘
• 命令：Publish/Subscribe/Psubscribe/UnSub

Redis特性3：Stream

• Redis 5.0新增
• 等待消費(fèi)
• 消費(fèi)組(組內(nèi)競(jìng)爭(zhēng))
• 消費(fèi)歷史數(shù)據(jù)
• FIFO

以上就是Redis的基本概念，下面我們將介紹在開發(fā)過(guò)程中可能會(huì)踩到的“坑”。

Redis常見(jiàn)問(wèn)題解析：擊穿

概念：在Redis獲取某一key時(shí), 由于key不存在, 而必須向DB發(fā)起一次請(qǐng)求的行為, 稱為“Redis擊穿”。

引發(fā)擊穿的原因：

• 第一次訪問(wèn)
• 惡意訪問(wèn)不存在的key
• Key過(guò)期

合理的規(guī)避方案：

• 服務(wù)器啟動(dòng)時(shí), 提前寫入
• 規(guī)范key的命名, 通過(guò)中間件攔截
• 對(duì)某些高頻訪問(wèn)的Key，設(shè)置合理的TTL或永不過(guò)期

Redis常見(jiàn)問(wèn)題解析：雪崩

概念：Redis緩存層由于某種原因宕機(jī)后，所有的請(qǐng)求會(huì)涌向存儲(chǔ)層，短時(shí)間內(nèi)的高并發(fā)請(qǐng)求可能會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)層掛機(jī)，稱之為“Redis雪崩”。

合理的規(guī)避方案：

• 使用Redis集群
• 限流

Redis在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用實(shí)踐

為此，我很高興的為大家介紹，葡萄城架構(gòu)師Jim將在2019-11-27 14：00 為大家?guī)?lái)一場(chǎng)公開課，其中 Jim除了為大家講解Redis的基礎(chǔ)，同時(shí)也會(huì)實(shí)際演示他所在的項(xiàng)目組使用Redis時(shí)碰到的問(wèn)題以及解決方案，對(duì)于剛接觸Redis的同學(xué)來(lái)說(shuō)，更具參考意義和學(xué)習(xí)價(jià)值，歡迎大家屆時(shí)參加，公開課地址：https://live.vhall.com/661463644。

• 后端采用nodeJS
• 使用Azure的Redis服務(wù)
• Redis的使用場(chǎng)景

-  token緩存, 用于令牌驗(yàn)證

-  IP白名單

碰到的問(wèn)題

• “網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)”或者Redis服務(wù)異常導(dǎo)致Redis訪問(wèn)超時(shí)
• Redis客戶端驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題

-  連接池 “Broken connection” 問(wèn)題

-  JS的Promise引出的Redis重置問(wèn)題

下面我們來(lái)簡(jiǎn)單了解一下Redis的進(jìn)階知識(shí)。

進(jìn)階之Redis協(xié)議簡(jiǎn)介

Redis客戶端通訊協(xié)議：RESP(Redis Serialization Protocol)，其特點(diǎn)是：

• 簡(jiǎn)單
• 解析速度快
• 可讀性好

Redis集群內(nèi)部通訊協(xié)議：RECP(Redis Cluster Protocol ) ，其特點(diǎn)是：

• 每一個(gè)node兩個(gè)tcp 連接
• 一個(gè)負(fù)責(zé)client-server通訊(P: 6379)
• 一個(gè)負(fù)責(zé)node之間通訊(P: 10000 + 6379)

Redis協(xié)議支持的數(shù)據(jù)類型：

• 簡(jiǎn)單字符(首字節(jié): “+”)

  “+OK\r\n”

• 錯(cuò)誤(首字節(jié): “-”)

  “-error msg\r\n”

• 數(shù)字(首字節(jié): “:”)

  “:123\r\n”

• 批量字符(首字節(jié): “$”)

  “&hello\r\nWhoa re you\r\n”

• 數(shù)組(首字節(jié): “*”)

  “*0\r\n”

  “*-1\r\n”

除了Redis，還有什么NoSQL型數(shù)據(jù)庫(kù)

市面上類似于Redis，同樣是NoSQL型的數(shù)據(jù)庫(kù)有很多，如下圖所示，除了Redis，還有MemCache、Cassadra和Mongo。下面，我們就分別對(duì)這幾個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)做一下簡(jiǎn)要的介紹：

**Memcache：**這是一個(gè)和Redis非常相似的數(shù)據(jù)庫(kù)，但是它的數(shù)據(jù)類型沒(méi)有Redis豐富。Memcache由LiveJournal的Brad Fitzpatrick開發(fā)，作為一套分布式的高速緩存系統(tǒng)，被許多網(wǎng)站使用以提升網(wǎng)站的訪問(wèn)速度，對(duì)于一些大型的、需要頻繁訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)站訪問(wèn)速度的提升效果十分顯著。

Apache Cassandra：（社區(qū)內(nèi)一般簡(jiǎn)稱為C*）這是一套開源分布式NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。它最初由Facebook開發(fā)，用于儲(chǔ)存收件箱等簡(jiǎn)單格式數(shù)據(jù)，集Google BigTable的數(shù)據(jù)模型與Amazon Dynamo的完全分布式架構(gòu)于一身。Facebook于2008將 Cassandra 開源，由于其良好的可擴(kuò)展性和性能，被 Apple、Comcast、Instagram、Spotify、eBay、Rackspace、Netflix等知名網(wǎng)站所采用，成為了一種流行的分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案。

MongoDB：是一個(gè)基于分布式文件存儲(chǔ)、面向文檔的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，由C++編寫，旨在為WEB應(yīng)用提供可擴(kuò)展的高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案。MongoDB是一個(gè)介于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之間的產(chǎn)品，是非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中功能最豐富，最像關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的，它支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常松散，是一種類似json的BSON格式。

總結(jié)

以上就是Redis入門介紹教程，如果各位還想了解更多，歡迎通過(guò)評(píng)論和私信的方式告訴我。

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關(guān)于程序員大白

程序員大白是一群哈工大，東北大學(xué)，西湖大學(xué)和上海交通大學(xué)的碩士博士運(yùn)營(yíng)維護(hù)的號(hào)，大家樂(lè)于分享高質(zhì)量文章，喜歡總結(jié)知識(shí)，歡迎關(guān)注[程序員大白]，大家一起學(xué)習(xí)進(jìn)步！