Redis是什么？看這一篇就夠了

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引言

在Web應用發(fā)展的初期，那時關系型數(shù)據(jù)庫受到了較為廣泛的關注和應用，原因是因為那時候Web站點基本上訪問和并發(fā)不高、交互也較少。而在后來，隨著訪問量的提升，使用關系型數(shù)據(jù)庫的Web站點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)技術的進一步發(fā)展，各種類型的應用層出不窮，這導致在當今云計算、大數(shù)據(jù)盛行的時代，對性能有了更多的需求，主要體現(xiàn)在以下四個方面：

1. 低延遲的讀寫速度：應用快速地反應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：對于搜索這樣大型應用而言，需要利用PB級別的數(shù)據(jù)和能應對百萬級的流量

3. 大規(guī)模集群的管理：系統(tǒng)管理員希望分布式應用能更簡單的部署和管理

4. 龐大運營成本的考量：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

為了克服這一問題，NoSQL應運而生，它同時具備了高性能、可擴展性強、高可用等優(yōu)點，受到廣泛開發(fā)人員和倉庫管理人員的青睞。

Redis是什么

Redis是現(xiàn)在最受歡迎的NoSQL數(shù)據(jù)庫之一，Redis是一個使用ANSI C編寫的開源、包含多種數(shù)據(jù)結構、支持網(wǎng)絡、基于內存、可選持久性的鍵值對存儲數(shù)據(jù)庫，其具備如下特性：

• 基于內存運行，性能高效

• 支持分布式，理論上可以無限擴展

• key-value存儲系統(tǒng)

• 開源的使用ANSI C語言編寫、遵守BSD協(xié)議、支持網(wǎng)絡、可基于內存亦可持久化的日志型、Key-Value數(shù)據(jù)庫，并提供多種語言的API

相比于其他數(shù)據(jù)庫類型，Redis具備的特點是：

• C/S通訊模型

• 單進程單線程模型

• 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

• 搜狐

Redis的應用場景有哪些？

Redis 的應用場景包括：緩存系統(tǒng)（“熱點”數(shù)據(jù)：高頻讀、低頻寫）、計數(shù)器、消息隊列系統(tǒng)、排行榜、社交網(wǎng)絡和實時系統(tǒng)。

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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：

它是一個二進制安全的字符串，意味著它不僅能夠存儲字符串、還能存儲圖片、視頻等多種類型, 最大長度支持512M。

對每種數(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：

該類型是一個插入順序排序的字符串元素集合, 基于雙鏈表實現(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類型是一種無順序集合, 它和List類型最大的區(qū)別是：集合中的元素沒有順序, 且元素是唯一的。

Set類型的底層是通過哈希表實現(xiàn)的，其操作命令為：

• SADD/SPOP/SMOVE/SCARD

• SINTER/SDIFF/SDIFFSTORE/SUNION

Set類型主要應用于：在某些場景，如社交場景中，通過交集、并集和差集運算，通過Set類型可以非常方便地查找共同好友、共同關注和共同偏好等社交關系。

順序集合類型：

ZSet是一種有序集合類型，每個元素都會關聯(lián)一個double類型的分數(shù)權值，通過這個權值來為集合中的成員進行從小到大的排序。與Set類型一樣，其底層也是通過哈希表實現(xiàn)的。

ZSet命令：

• ZADD/ZPOP/ZMOVE/ZCARD/ZCOUNT

• ZINTER/ZDIFF/ZDIFFSTORE/ZUNION

Redis的數(shù)據(jù)結構

Redis的數(shù)據(jù)結構如下圖所示：

關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現(xiàn)之一。當一個列表鍵只包含少量列表項，并且每個列表項要么就是小整數(shù)，要么就是長度比較短的字符串，Redis就會使用壓縮列表來做列表鍵的底層實現(xiàn)

2. 整數(shù)集合是集合鍵的底層實現(xiàn)之一，當一個集合只包含整數(shù)值元素，并且這個集合的元素數(shù)量不多時，Redis就會使用整數(shù)集合作為集合鍵的底層實現(xiàn)

如下是定義一個Struct數(shù)據(jù)結構的例子：

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簡單動態(tài)字符串SDS (Simple Dynamic String)

基于C語言中傳統(tǒng)字符串的缺陷，Redis自己構建了一種名為簡單動態(tài)字符串的抽象類型，簡稱SDS，其結構如下：

SDS幾乎貫穿了Redis的所有數(shù)據(jù)結構，應用十分廣泛。

SDS的特點

和C字符串相比，SDS的特點如下：

　　1. 常數(shù)復雜度獲取字符串長度

　　　　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
　　　　度，直接將獲取字符串長度所需的復雜度從C字符串的O(N)降低到了O(1)。

　　2. 減少修改字符串時導致的內存重新分配次數(shù)

　　　　通過C字符串的特性，我們知道對于一個包含了N個字符的C字符串來說，其底層實現(xiàn)總是N+1個字符長的數(shù)組（額外一個空字符結尾）

　　　　那么如果這個時候需要對字符串進行修改，程序就需要提前對這個C字符串數(shù)組進行一次內存重分配（可能是擴展或者釋放）　

　　　　而內存重分配就意味著是一個耗時的操作。

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，SDS采用了空間預分配的策略，避免C字符串每一次修改時都需要進行內存重分配的耗時操作，將內存重分配從原來的每修改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SDS的簡單定義：

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Redis特性1：事務

• 命令序列化，按順序執(zhí)行

• 原子性

• 三階段: 開始事務 - 命令入隊 - 執(zhí)行事務

• 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

• 消費組(組內競爭)

• 消費歷史數(shù)據(jù)

• FIFO

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

Redis常見問題解析：擊穿

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

引發(fā)擊穿的原因：

• 第一次訪問

• 惡意訪問不存在的key

• Key過期

合理的規(guī)避方案：

• 服務器啟動時, 提前寫入

• 規(guī)范key的命名, 通過中間件攔截

• 對某些高頻訪問的Key，設置合理的TTL或永不過期

Redis常見問題解析：雪崩

概念：Redis緩存層由于某種原因宕機后，所有的請求會涌向存儲層，短時間內的高并發(fā)請求可能會導致存儲層掛機，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)中的應用實踐

為此，我很高興的為大家介紹，葡萄城架構師Jim將在2019-11-27 14：00 為大家?guī)硪粓龉_課，其中 Jim除了為大家講解Redis的基礎，同時也會實際演示他所在的項目組使用Redis時碰到的問題以及解決方案，對于剛接觸Redis的同學來說，更具參考意義和學習價值，歡迎大家屆時參加，公開課地址：https://live.vhall.com/661463644。

• 后端采用nodeJS

• 使用Azure的Redis服務

• Redis的使用場景

　　　　-? token緩存, 用于令牌驗證

　　　　-? IP白名單

碰到的問題

• “網(wǎng)絡抖動”或者Redis服務異常導致Redis訪問超時

• Redis客戶端驅動穩(wěn)定性問題

　　　　-? 連接池 “Broken connection” 問題

　　　　-? JS的Promise引出的Redis重置問題

下面我們來簡單了解一下Redis的進階知識。

進階之Redis協(xié)議簡介

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

• 簡單

• 解析速度快

• 可讀性好

Redis集群內部通訊協(xié)議：RECP(Redis Cluster Protocol?) ，其特點是：

• 每一個node兩個tcp 連接

• 一個負責client-server通訊(P: 6379)

• 一個負責node之間通訊(P: 10000 + 6379)

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Redis協(xié)議支持的數(shù)據(jù)類型：

• 簡單字符(首字節(jié): “+”)

????? 　　“+OK\r\n”

• 錯誤(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

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

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Memcache：這是一個和Redis非常相似的數(shù)據(jù)庫，但是它的數(shù)據(jù)類型沒有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)站的訪問速度，對于一些大型的、需要頻繁訪問數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)站訪問速度的提升效果十分顯著。

Apache Cassandra：（社區(qū)內一般簡稱為C*）這是一套開源分布式NoSQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它最初由Facebook開發(fā)，用于儲存收件箱等簡單格式數(shù)據(jù)，集Google?BigTable的數(shù)據(jù)模型與Amazon?Dynamo的完全分布式架構于一身。Facebook于2008將 Cassandra 開源，由于其良好的可擴展性和性能，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構化數(shù)據(jù)存儲方案。

MongoDB：是一個基于分布式文件存儲、面向文檔的NoSQL數(shù)據(jù)庫，由C++編寫，旨在為WEB應用提供可擴展的高性能數(shù)據(jù)存儲解決方案。MongoDB是一個介于關系數(shù)據(jù)庫和非關系數(shù)據(jù)庫之間的產(chǎn)品，是非關系數(shù)據(jù)庫當中功能最豐富，最像關系型數(shù)據(jù)庫的，它支持的數(shù)據(jù)結構非常松散，是一種類似json的BSON格式。

總結

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

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