Redis是什么?看這一篇就夠了~
來自：博客園（作者：葡萄城技術(shù)團(tuán)隊(duì)）
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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(guān)系型數(shù)據(jù)庫的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：
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
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)百萬級(jí)的流量
大規(guī)模集群的管理：
系統(tǒng)管理員希望分布式應(yīng)用能更簡單的部署和管理
龐大運(yùn)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(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(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，其具備如下特性：
基于內(nèi)存運(yùn)行，性能高效
支持分布式，理論上可以無限擴(kuò)展
key-value存儲(chǔ)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(luò)、可基于內(nèi)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(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
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(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，通過交集、并集和差集運(yùn)算，通過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，通過這個(gè)權(quán)值來為集合中的成員進(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：
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)，要么就是長度比較短的字符串，Redis就會(huì)使用壓縮列表來做列表鍵的底層實(shí)現(xiàn)
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：
簡單動(dòng)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(gòu)建了一種名為簡單動(dòng)態(tài)字符串的抽象類型，簡稱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(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字符串來說，其底層實(shí)現(xiàn)總是N+1個(gè)字符長的數(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)競爭)
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)過程中可能會(huì)踩到的“坑”。
Redis常見問題解析：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
惡意訪問不存在的key
Key過期
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, 通過中間件攔截
對(duì)某些高頻訪問的Key，設(shè)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(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
進(jìn)階之Redis協(xié)議簡介
Redis客戶端通訊協(xié)議：RESP(Redis Serialization Protocol)，其特點(diǎn)是：
簡單
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
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(duì)這幾個(gè)數(shù)據(jù)庫做一下簡要的介紹：
Memcache：這是一個(gè)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(duì)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(nèi)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(chǔ)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(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，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)庫和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的產(chǎn)品，是非關(guān)系數(shù)據(jù)庫當(dāng)中功能最豐富，最像關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的，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。
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