Redis概述

Redis 核心解析

首先让我们先用一句话来了解 Redis 是什么：

Redis 是一个用 C 写的内存数据库，支持字符串、哈希、列表、集合和有序集合五种数据结构，靠单线程 + I/O 多路复用实现高性能，并通过 RDB/AOF 持久化与主从集群保障高可用，广泛用于缓存、分布式锁和实时排行榜。

然后让我们通过一句话来将 Redis 逐层分解：

1. Redis 是一个用 C语言 编写的 K-V 型内存数据库

• 不是已经有传统的 DB 数据库如（MySQL、Oracle）这种了吗？为什么还需要 Redis？区别在哪里？

  • 生动类比：
    传统的数据库相当于你每次做题都要翻书找答案，而 Redis 呢是直接把答案记在脑子里，所以才会导致 Redis 这么快。

• 为什么会这么快？

  • 轻量少负担：
    因为 Redis 是用 C 语言编写的直接操作内存的软件，根本不用像 Java 那样需要虚拟机以及垃圾回收等机制。

  • 直接作用在内存：
    传统的 DB 数据库都是对磁盘进行 I/O 操作，速度好比老爷车；而内存就像超跑，速度相差太大了——跑 1 次磁盘 I/O 的时间，足够完成十几次内存查询。

  • Redis（SDS）自研优化：
    Redis 自研了字符串结构（Simple Dynamic String, SDS），解决了 C 原生字符串的缺陷。

2. Redis 的 多种数据结构支持

• 为什么支持多种数据结构是一个优点？

  • 类比生活：
    就像生活中我们规定了许多计量单位（kg、km、Pa 等），而不是只用单一数字去体现一切——因为不同场景的需求不同。

  • 核心价值：
    多种数据结构解决了多业务场景下数据需求差异的问题，并支持原子性操作。

• 支持的数据结构包括：

  • String（字符串）
  • Hash（哈希）
  • List（列表）
  • Set（集合）
  • Sorted Set / ZSet（有序集合）

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• 额外优化机制：

  • 自动编码切换：
    Redis 会根据数据大小自动切换底层编码方式，避免内存资源浪费（“内存比黄金贵”）。

  • 跳表（Skip List）支持：
    用于 Sorted Set，显著提升范围查询性能。

3. Redis 的 单线程 + I/O 多路复用 的高性能

• 什么是单线程？什么是 I/O 多路复用？为何这样设计？

  • 单线程：
    所有命令由一个线程顺序执行，任务必须按序完成。

  • I/O 多路复用：
    允许单个线程同时监听多个网络连接的 I/O 事件（如读/写就绪）。

  • 形象比喻：
    100 个领导（I/O 请求）派活，你一个员工（单线程）挨个处理——“牛不吟马不叫，一个牛马收到收到”。

• 为什么不采用多线程提高效率？

  • Redis 的瓶颈不在 CPU 计算，而在 网络 I/O 和内存访问。
  • 多线程会引入 锁竞争、上下文切换、缓存失效 等“沟通成本”。
  • 单线程模型消除了这些开销，让“一个超人”高效完成所有 I/O 操作。
  • 关键前提：所有数据在内存中，操作极快；若在磁盘上，此模型无法成立。

• 注意：
  Redis 并非完全单线程。自 6.0 起，网络 I/O（读写 socket）已支持多线程，但 命令执行仍为单线程，以保证原子性和简单性。

4. 通过 RDB/AOF 持久化与主从集群保障高可用

• 什么是 RDB / AOF？

  • RDB（Redis Database）：
    快照式备份，类似“游戏存档”，定期将内存全量数据保存为二进制文件。

  • AOF（Append-Only File）：
    流水账日志，记录每个写操作命令，类似“操作录像”。

  • 为何两者并用？
    内存虽快，但断电即失。RDB 可快速恢复大部分数据；AOF 可重放最新操作，补全 RDB 之后的变更，二者结合实现 高性能 + 高可靠性。

• 什么是主从集群？

  • 基本结构：
    多台 Redis 服务器组成集群，一台为主节点（Master），其余为从节点（Slave）。

  • 故障容灾：
    主节点宕机后，系统会自动从小弟（从节点）中选出新主节点继续服务——“一炮打死一群？没关系，另一群一样的人立刻顶上”。

  • 哨兵模式（Sentinel）：
    负责监控主从状态，自动完成 故障检测 → 客观下线判定 → 主从切换 → 通知客户端，确保“有人一直在岗”。

如果说前面的特性让 Redis 能干活，那么持久化与集群机制就是确保 Redis 能一直干活。