Redis学习（一）

学习自《Redis开发与运维（付磊）》

目录

• 简介
• 特性
• 使用原因
  • 高性能
  • 高并发
• 典型使用场景
  • 缓存
  • 排行榜
  • 计数器
  • 社交网络
  • 消息队列
• 线程架构

简介

Redis是一种基于键值对（key-value）的NoSQL数据库。

特性

1. 速度快

   Redis的数据都存放在内存中，代码通过C语言实现，使用了单线程的IO多路复用机制，这些都使得redis的读写速度非常快。

2. 基于键值对的数据结构服务器

   Redis全称是remote dictionary server，即远程字典服务器。很多编程语言都提供了字典的功能，即基于键值对的方式存储数据。Redis中的值不仅可以是字符串，而且还可以是具体的数据结构，这样不仅能便于在许多应用场景的开发，同时也能够提高开发效率。

3. 功能丰富

   Redis提供的功能如下：

   • 提供了键过期功能，可以用来实现缓存。
   • 提供了发布订阅功能，可以用来实现消息系统。
   • 支持Lua脚本功能，可以利用Lua创造出新的Redis命令。
   • 提供了简单的事务功能，能在一定程度上保证事务特性。
   • 提供了流水线功能，这样客户端能将一批命令一次性传到Redis，减少了网络的开销。

4. 简单稳定

   Redis的简单主要体现在三个方面：

   • Redis的源码很少，早期版本的代码只有2万行左右，3.0版本以后由于添加了集群特性，代码增至5万行左右，相对于很多NoSQL数据库来说代码量相对要少很多。
   • Redis使用单线程模型，这样不仅使得Redis服务端处理模型变得简单，而且也使得客户端开发变得简单。
   • Redis不需要依赖于操作系统中的类库（例如Memcache需要依赖libevent这样的系统类库），Redis自己实现了事件处理的相关功能。

5. 有多种语言的客户端

   Redis提供了简单的TCP通信协议，很多编程语言可以很方便地接入到Redis。

6. 可持久化

   一直将数据放在内存中是不安全的，一旦发生断电或者机器故障，重要的数据可能就会丢失。因此Redis提供了两种持久化方式：RDB和AOF，可以用这两种策略将内存的数据保存到硬盘中。

7. 主从复制

   Redis提供了复制功能，实现了多个相同数据的Redis副本，复制功能是分布式Redis的基础。

8. 高可用和分布式

   Redis从2.8版本正式提供了高可用实现Redis Sentinel，它能够保证Redis节点的故障发现和故障自动转移。Redis从3.0版本正式提供了分布式实现Redis Cluster，它是Redis真正的分布式实现，提供了高可用、读写和容量的扩展性。

使用原因

Redis的读写速度非常快，因此通常用于实现缓存功能。下面就从两个方面说明为何要实现缓存，为何要使用Redis。

高性能

传统的数据库如MySQL，是将数据存放在硬盘中。直接对硬盘中的数据进行操作，这个过程是比较缓慢的。如果在第一次操作数据后，将该数据放置在内存中，下一次访问时可以直接在内存中操作数据，这将大大加快了对数据的操作速度。而如果硬盘的数据库中的数据有所变化，对内存中对应的数据进行修改即可。把本来存放在硬盘中的数据放置在内存中，就叫做缓存。而redis本来就是一种内存型数据库，因此成为实现缓存功能的很好的选择。

高并发

直接访问缓存能承受的请求数量是远远大于直接访问数据库的，因此选择把硬盘数据库中的部分数据放置到内存中作为缓存，不仅减轻了硬盘数据库的负担，而且还提高了对数据的操作速度。

典型使用场景

缓存

合理地使用缓存不仅可以加快数据的访问速度，而且能够有效地降低后端数据源的压力。Redis提供了键值过期时间设置，并且也提供了灵活控制最大内存和内存溢出后的淘汰策略。

排行榜

排行榜可以由不同的维度计算得出，如按照热度排名的排行榜和按照发布时间排序的排行榜。Redis提供了列表和有序集合数据结构，合理地使用这些数据结构可以很方便地实现各种排行榜。

计数器

计数器在网站中的作用同样重要，例如视频网站有播放数、电商网站有浏览数，为了保证数据的实时性，每一次播放和浏览都要做加1的操作，如果并发量很大对于传统关系型数据的性能是一种挑战。Redis天然支持计数功能而且计数的性能也非常好，可以说是实现计数器的很好选择。

社交网络

赞/踩、粉丝、共同好友/喜好、推送、下拉刷新等是社交网站的必备功能，由于社交网站访问量通常比较大，而且传统的关系型数据不太适合保存这种类型的数据，Redis提供的数据结构可以相对比较容易地实现这些功能。

消息队列

消息队列是一个大型网站的必备基础组件，因为其具有业务解耦、非实时业务削峰等特性。Redis提供了发布订阅功能和阻塞队列的功能，虽然和专业的消息队列比还不够足够强大，但是对于一般的消息队列功能基本可以满足。

线程架构

Redis使用了单线程架构和I/O多路复用模型来实现高性能的内存数据库服务。

当多个客户端与服务端进行连接时，如果多个客户端同时向服务端发送命令，服务端会先将命令放到一个队列中，然后逐个执行，这就是单线程架构。具体的，Redis使用了I/O多路复用模型来进行I/O操作。

通常来说，单线程处理能力会不如多线程。而Redis使用单线程架构能达到非常高的性能，原因如下：

1. Redis将所有数据放置在内存中，内存的响应时间很快，这就是高性能的重要基础。

2. Redis使用epoll来实现I/O多路复用模型，再加上Redis自身的事件处理模型将epoll中的连接、读写、关闭都转换为事件，不在网络I/O上浪费过多的时间。

3. 单线程架构避免了线程切换和竞态产生的消耗。单线程能带来几个好处：

   1. 单线程可以简化数据结构和算法的实现。如果对高级编程语言熟悉的读者应该了解并发数据结构实现不但困难
      而且开发测试比较麻烦。
   2. 单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗，对于服务端开发来说，锁和线程切换通常是性能杀手。

但是单线程会有一个问题：对于每个命令的执行时间是有要求的。如果某个命令执行过长，会造成其他命令的阻塞，对于Redis这种高性能的服务来说是致命的，所以Redis是面向快速执行场景的数据库。