Redis是什么？看这一篇就够了

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引言

在web应用发展的初期，那时关系型数据库受到了较为广泛的关注和应用，原因是因为那时候web站点基本*问和并发不高、交互也较少。而在后来，随着访问量的提升，使用关系型数据库的web站点多多少少都开始在性能上出现了一些瓶颈，而瓶颈的源头一般是在磁盘的i/o上。而随着互联网技术的进一步发展，各种类型的应用层出不穷，这导致在当今云计算、大数据盛行的时代，对性能有了更多的需求，主要体现在以下四个方面：

1. 低延迟的读写速度：应用快速地反应能极大地提升用户的满意度
2. 支撑海量的数据和流量：对于搜索这样大型应用而言，需要利用pb级别的数据和能应对百万级的流量
3. 大规模集群的管理：系统管理员希望分布式应用能更简单的部署和管理
4. 庞大运营成本的考量：it部门希望在硬件成本、软件成本和人力成本能够有大幅度地降低

为了克服这一问题，nosql应运而生，它同时具备了高性能、可扩展性强、高可用等优点，受到广泛开发人员和仓库管理人员的青睐。

redis是什么

redis是现在最受欢迎的nosql数据库之一，redis是一个使用ansi c编写的开源、包含多种数据结构、支持网络、基于内存、可选持久性的键值对存储数据库，其具备如下特性：

• 基于内存运行，性能高效
• 支持分布式，理论上可以无限扩展
• key-value存储系统
• 开源的使用ansi c语言编写、遵守bsd协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、key-value数据库，并提供多种语言的api

相比于其他数据库类型，redis具备的特点是：

• c/s通讯模型
• 单进程单线程模型
• 丰富的数据类型
• 操作具有原子性
• 持久化
• 高并发读写
• 支持lua脚本

哪些大厂在使用redis？

• github
• twitter
• 微博
• stack overflow
• 阿里巴巴
• 百度
• 美团
• 搜狐

redis的应用场景有哪些？

redis 的应用场景包括：缓存系统（“热点”数据：高频读、低频写）、计数器、消息队列系统、排行榜、社交网络和实时系统。

 

redis的数据类型及主要特性

redis提供的数据类型主要分为5种自有类型和一种自定义类型，这5种自有类型包括：string类型、哈希类型、列表类型、集合类型和顺序集合类型。

string类型：

它是一个二进制安全的字符串，意味着它不仅能够存储字符串、还能存储图片、视频等多种类型, 最大长度支持512m。

对每种数据类型，redis都提供了丰富的操作命令，如：

• get/mget
• set/setex/mset/msetnx
• incr/decr
• getset
• del

哈希类型：

该类型是由field和关联的value组成的map。其中，field和value都是字符串类型的。

hash的操作命令如下：

• hget/hmget/hgetall
• hset/hmset/hsetnx
• hexists/hlen
• hkeys/hdel
• hvals

列表类型：

该类型是一个插入顺序排序的字符串元素集合, 基于双链表实现。

list的操作命令如下：

• lpush/lpushx/lpop/rpush/rpushx/rpop/linsert/lset
• lindex/lrange
• llen/ltrim

集合类型：

set类型是一种无顺序集合, 它和list类型最大的区别是：集合中的元素没有顺序, 且元素是唯一的。

set类型的底层是通过哈希表实现的，其操作命令为：

• sadd/spop/smove/scard
• sinter/sdiff/sdiffstore/sunion

set类型主要应用于：在某些场景，如社交场景中，通过交集、并集和差集运算，通过set类型可以非常方便地查找共同好友、共同关注和共同偏好等社交关系。

顺序集合类型：

zset是一种有序集合类型，每个元素都会关联一个double类型的分数权值，通过这个权值来为集合中的成员进行从小到大的排序。与set类型一样，其底层也是通过哈希表实现的。

zset命令：

• zadd/zpop/zmove/zcard/zcount
• zinter/zdiff/zdiffstore/zunion

redis的数据结构

redis的数据结构如下图所示：

关于上表中的部分释义：

1. 压缩列表是列表键和哈希键的底层实现之一。当一个列表键只包含少量列表项，并且每个列表项要么就是小整数，要么就是长度比较短的字符串，redis就会使用压缩列表来做列表键的底层实现
2. 整数集合是集合键的底层实现之一，当一个集合只包含整数值元素，并且这个集合的元素数量不多时，redis就会使用整数集合作为集合键的底层实现

如下是定义一个struct数据结构的例子：

 

简单动态字符串sds (simple dynamic string)

基于c语言中传统字符串的缺陷，redis自己构建了一种名为简单动态字符串的抽象类型，简称sds，其结构如下：

sds几乎贯穿了redis的所有数据结构，应用十分广泛。

sds的特点

和c字符串相比，sds的特点如下：

　　1. 常数复杂度获取字符串长度

　　　　redis中利用sds字符串的len属性可以直接获取到所保存的字符串的长
　　　　度，直接将获取字符串长度所需的复杂度从c字符串的o(n)降低到了o(1)。

　　2. 减少修改字符串时导致的内存重新分配次数

　　　　通过c字符串的特性，我们知道对于一个包含了n个字符的c字符串来说，其底层实现总是n+1个字符长的数组（额外一个空字符结尾）

　　　　那么如果这个时候需要对字符串进行修改，程序就需要提前对这个c字符串数组进行一次内存重分配（可能是扩展或者释放）　

　　　　而内存重分配就意味着是一个耗时的操作。

redis巧妙的使用了sds避免了c字符串的缺陷。在sds中，buf数组的长度不一定就是字符串的字符数量加一，buf数组里面可以包含未使用的字节，而这些未使用的字节由free属性记录。

与此同时，sds采用了空间预分配的策略，避免c字符串每一次修改时都需要进行内存重分配的耗时操作，将内存重分配从原来的每修改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对sds的简单定义：

  

redis特性1：事务

• 命令序列化，按顺序执行
• 原子性
• 三阶段: 开始事务 - 命令入队 - 执行事务
• 命令：multi/exec/discard

redis特性2：发布订阅(pub/sub)

• pub/sub是一种消息通讯模式
• pub发送消息, sub接受消息
• redis客户端可以订阅任意数量的频道
• “fire and forgot”, 发送即遗忘
• 命令：publish/subscribe/psubscribe/unsub

　　

redis特性3：stream

• redis 5.0新增
• 等待消费
• 消费组(组内竞争)
• 消费历史数据
• fifo

 

 

 

以上就是redis的基本概念，下面我们将介绍在开发过程中可能会踩到的“坑”。

redis常见问题解析：击穿

概念：在redis获取某一key时, 由于key不存在, 而必须向db发起一次请求的行为, 称为“redis击穿”。

引发击穿的原因：

• 第一次访问
• 恶意访问不存在的key
• key过期

合理的规避方案：

• 服务器启动时, 提前写入
• 规范key的命名, 通过中间件拦截
• 对某些高频访问的key，设置合理的ttl或永不过期

redis常见问题解析：雪崩

概念：redis缓存层由于某种原因宕机后，所有的请求会涌向存储层，短时间内的高并发请求可能会导致存储层挂机，称之为“redis雪崩”。

合理的规避方案：

• 使用redis集群
• 限流

redis在产品开发中的应用实践

为此，我很高兴的为大家介绍，葡萄城架构师jim将在2019-11-27 14：00 为大家带来一场公开课，其中 jim除了为大家讲解redis的基础，同时也会实际演示他所在的项目组使用redis时碰到的问题以及解决方案，对于刚接触redis的同学来说，更具参考意义和学习价值，欢迎大家届时参加，公开课地址：。

• 后端采用nodejs
• 使用azure的redis服务
• redis的使用场景

　　　　-  token缓存, 用于令牌验证

　　　　-  ip白名单

碰到的问题

• “网络抖动”或者redis服务异常导致redis访问超时
• redis客户端驱动稳定性问题

　　　　-  连接池 “broken connection” 问题

　　　　-  js的promise引出的redis重置问题

下面我们来简单了解一下redis的进阶知识。

进阶之redis协议简介

redis客户端通讯协议：resp(redis serialization protocol)，其特点是：

• 简单
• 解析速度快
• 可读性好

redis集群内部通讯协议：recp(redis cluster protocol ) ，其特点是：

• 每一个node两个tcp 连接
• 一个负责client-server通讯(p: 6379)
• 一个负责node之间通讯(p: 10000 + 6379)

 

redis协议支持的数据类型：

• 简单字符(首字节: “+”)

      　　“+ok\r\n”

• 错误(首字节: “-”)

      　　“-error msg\r\n”

• 数字(首字节: “:”)

      　　“:123\r\n”

• 批量字符(首字节: “$”)

      　　“&hello\r\nwhoa re you\r\n”

• 数组(首字节: “*”)

      　　“*0\r\n”

      　　“*-1\r\n”

除了redis，还有什么nosql型数据库

市面上类似于redis，同样是nosql型的数据库有很多，如下图所示，除了redis，还有memcache、cassadra和mongo。下面，我们就分别对这几个数据库做一下简要的介绍：

 

 

memcache：这是一个和redis非常相似的数据库，但是它的数据类型没有redis丰富。memcache由livejournal的brad fitzpatrick开发，作为一套分布式的高速缓存系统，被许多网站使用以提升网站的访问速度，对于一些大型的、需要频繁访问数据库的网站访问速度的提升效果十分显著。

apache cassandra：（社区内一般简称为c*）这是一套开源分布式nosql数据库系统。它最初由facebook开发，用于储存收件箱等简单格式数据，集google bigtable的数据模型与amazon dynamo的完全分布式架构于一身。facebook于2008将 cassandra 开源，由于其良好的可扩展性和性能，被 apple、comcast、instagram、spotify、ebay、rackspace、netflix等知名网站所采用，成为了一种流行的分布式结构化数据存储方案。

mongodb：是一个基于分布式文件存储、面向文档的nosql数据库，由c++编写，旨在为web应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。mongodb是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库当中功能最丰富，最像关系型数据库的，它支持的数据结构非常松散，是一种类似json的bson格式。

总结

以上就是redis入门介绍教程，如果各位还想了解更多，欢迎通过评论和私信的方式告诉我。