Redis-基本了解

一、Redis 初识

        Redis 是⼀种基于键值对（key-value）的NoSQL数据库，与很多键值对数据库不同的是，Redis 中的值可以是由string（字符串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合）、 Bitmaps（位图）、HyperLogLog、GEO（地理信息定位）等多种数据结构和算法组成，因此Redis 可以满⾜很多的应⽤场景，⽽且因为Redis会将所有数据都存放再内存中，所以它的读写性能⾮常惊 ⼈。不仅如此，Redis还可以将内存的数据利⽤快照和⽇志的形式保存到硬盘上，这样在发⽣类似断电 或者机器故障的时候，内存中的数据不会“丢失”。除了上述功能以外，Redis还提供了键过期、发布 订阅、事务、流⽔线、Lua脚本等附加功能。

二、Redis 特性

1. 速度快

        正常情况下，Redis执⾏命令的速度⾮常快，官⽅给出的数字是读写性能可以达到10万/秒，当 然这也取决于机器的性能，但这⾥先不讨论机器性能上的差异，只分析⼀下是什么造就了Redis如此 之快，可以⼤概归纳为以下四点：

  • Redis的所有数据都是存放在内存中的，表1-1是⾕歌公司2009年给出的各层级硬件执⾏速度，所以把数据放在内存中是Redis速度快的最主要原因。
  • Redis使⽤了单线程，预防了多线程可能产⽣的竞争问题。
  • 作者对于Redis源代码可以说是精打细磨。

表1-1⾕歌公司给出的各层级硬件执⾏速度

层级速度
L1 cache reference0.5 ns
Branch mispredict5 ns
L2 cache reference7 ns
Mutex lock/unlock 25 ns
Main memory reference100 ns
Compress 1K bytes with Zippy3000 ns
Send 2 K bytes over 1 Gbps network20000 ns
Read 1 MB sequentially from Memory250000 ns
Round trip within same datacenter500000 ns
Disk seek10000000 ns
Read 1 MB sequentially from disk20000000 ns
Send packet CA -> Netherlands -> CA150000000 ns

2. 基于键值对的数据结构服务器

        ⼏乎所有的编程语⾔都提供了类似字典的功能，例如C++⾥的map、Java⾥的map、Python⾥ 的dict等，类似于这种组织数据的⽅式叫做基于键值对的⽅式，与很多键值对数据库不同的是， 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，同时也能提⾼开发效率。Redis的全程是REmoteDictionaryServer，它主要提供了5种数据结 构：字符串（string）、哈希（hash）、列表（list）、集合（set）、有序集合（orderedset/ zet），同时在字符串的基础之上演变出了位图（Bitmaps）和HyperLogLog两种神奇的”数据结 构“，并且随着LBS（LocationBasedService，基于位置服务）的不断发展，Redis3.2.版本种加⼊ 有关GEO（地理信息定位）的功能，总之在这些数据结构的帮助下，开发者可以开发出各种应⽤。

3. 丰富的功能

除了5种数据结构，Redis还提供了许多额外的功能：

  • 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（Pipeline）功能，这样客⼾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 的简单主要表现在三个⽅⾯。⾸先，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，也就意味着普通的开发和运维⼈员完全可以“吃透”它。其次，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，⽽且也使得客⼾端开发变得简单。最后，Redis不需要 依赖于操作系统中的类库，Redis⾃⼰实现了 事件处理的相关功能。

        但与简单相对的是Redis具备相当的稳定性，在⼤量使⽤过程中，很少出现因为Redis⾃⾝BUG ⽽导致宕掉的情况。

5. 客⼾端语⾔多

        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，并且由于Redis受 到社区和各⼤公司的⼴泛认可，所以⽀持Redis的客⼾端语⾔也⾮常多，⼏乎涵盖了主流的编程语⾔，例如C、C++、Java、PHP、Python、NodeJS等。

6. 持久化（Persistence）

        通常看，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，即可以⽤两种策略将内存的数据保存到硬盘中 ，这样就保证了数据的可持久性。

7. 主从复制（Replication）

        Redis 提供了复制功能，实现了多个相同数据的Redis副本（Replica）（如图1-2所⽰），复制 功能是分布式Redis的基础。

        

8. ⾼可⽤（HighAvailability）和分布式（Distributed）

        Redis 提供了⾼可⽤实现的Redis哨兵（RedisSentinel），能够保证Redis结点的故障发现和故 障⾃动转移。也提供了Redis集群（RedisCluster），是真正的分布式实现，提供了⾼可⽤、读写和 容量的扩展性。

三、Redis 使⽤场景

3.1、Redis 可以做什么

1. 缓存（Cache）

        缓存机制⼏乎在所有⼤型⽹站都有使⽤，合理地使⽤缓存不仅可以加速数据的访问速度，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。可以这么说，⼀个合理的缓存设计能够为⼀个⽹站的稳定保驾护航。

2. 排⾏榜系统

        排⾏榜系统⼏乎存在于所有的⽹站，例如按照热度排名的排⾏榜，按照发布时间的排⾏榜，按照 各种复杂维度计算出的排⾏榜，Redis提供了列表和有序集合的结构，合理地使⽤这些数据结构可以很 ⽅便地构建各种排⾏榜系统。

3. 计数器应⽤

        计数器在⽹站中的作⽤⾄关重要，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，可以说是计数器系统的重要选择。

4. 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合适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。

5. 消息队列系统

        消息队列系统可以说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。

3.2、Redis 不可以做什么

        实际上和任何⼀⻔技术⼀样，每个技术都有⾃⼰的应⽤场景和边界，也就是说Redis并不是万⾦ 油，有很多合适它解决的问题，但是也有很多不合适它解决的问题。可以站在数据规模和数据冷热的⻆度来进⾏分析。

        站在数据规模的⻆度看，数据可以分为⼤规模数据和⼩规模数据，我们知道Redis的数据是存放 在内存中的，虽然现在内存已经⾜够便宜，但是如果数据量⾮常⼤，例如每天有⼏亿的⽤⼾⾏为数 据，使⽤Redis来存储的话，基本上是个⽆底洞，经济成本相当⾼。

        站在数据冷热的⻆度，数据分为热数据和冷数据，热数据通常是指需要频繁操作的数据，反之为 冷数据，例如对于视频⽹站来说，视频基本信息基本上在各个业务线都是经常要操作的数据，⽽⽤⼾ 的观看记录不⼀定是经常需要访问的数据，这⾥暂且不讨论两者数据规模的差异，单纯站在数据冷热 的⻆度上看，视频信息属于热数据，⽤⼾观看记录属于冷数据。如果将这些冷数据放在Redis上，基 本上是对于内存的⼀种浪费，但是对于⼀些热数据可以放在Redis中加速读写，也可以减轻后端存储 的负载，可以说是事半功倍。

3.3、安装并启动Redis

        Redis的官⽅并不⽀持微软的Windows操作系统，因为Redis的许多特性都是和操作系统相 关的，所以⽀持Windows会增加维护成本，⽽且更重要的是⼤部分公司都在使⽤Linux操作 系统，⽽Redis在Linux操作系统上的表现已经得到实践的证明。当然Redis作为⼀款优秀 的开源技术，还是吸引到微软公司的注意，微软公司的开源技术组在Github上维护了⼀个 Redis 分⽀：https://github.com/MSOpenTech/redis。不过我们还是强烈建议⼤家在Linux 上使⽤Redis。

接下来，选择在Linux上安装Redis.

Centos 安装 Redis

Ubuntu 安装 redis

3.4、Redis 重要⽂件及作⽤

启动/停⽌命令或脚本

 /usr/bin/redis-benchmark/usr/bin/redis-check-aof -> /usr/bin/redis-server/usr/bin/redis-check-rdb -> /usr/bin/redis-server/usr/bin/redis-cli/usr/bin/redis-sentinel -> /usr/bin/redis-server/usr/bin/redis-server/usr/libexec/redis-shutdown

redis-server 是 Redis 服务器程序，其余的⼏个例如：redis-check-aof、redis-check-rdb、redis sentinel 也都是redis-server 的软链接。redis-check-aof是修复AOF⽂件⽤的⼯具，同理redis check-rdb 是修复RDB⽂件的⼯具，redis-sentinel是Redis哨兵程序。

redis-benchmark ⽤于对Redis做性能基准测试的⼯具。

redis-shutdown 是⽤于停⽌Redis的专⽤脚本。

配置⽂件

 /etc/redis-sentinel.conf/etc/redis.conf

/etc/redis.conf 是 Redis 服务器的配置⽂件。/etc/redis-sentinel.conf是RedisSentinel的配置⽂件。

持久化⽂件存储⽬录

/var/lib/redis/

        Redis 持久化⽣产的RDB和AOF⽂件都默认⽣成于该⽬录下。

⽇志⽂件⽬录

 /var/log/redis/

        /var/log/redis/ ⽬录下会保存Redis运⾏期间⽣产的⽇志⽂件，默认按照天进⾏分割，并且会将 ⼀定⽇期的⽇⼦⽂件使⽤gzip格式压缩保存。可以使⽤任意⽂本编辑器打开。

3.5、Redis 命令⾏客⼾端

redis-cli 可以使⽤两种⽅式连接Redis服务器。

  • 第⼀种是交互式⽅式：通过redis-cli-h{host}-p{port}的⽅式连接到Redis服务，后续所有 的操作都是通过交互式的⽅式实现，不需要再执⾏redis-cli了，例如：
[root@host ~]# redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379127.0.0.1:6379> pingPONG127.0.0.1:6379> set key helloOK127.0.0.1:6379> get key"hello"
  • 第⼆种是命令⽅式：⽤redis-cli-h{host}-p{port}{command}就可以直接得到命令的返回 结果，例如：
[root@host ~]# redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 pingPONG[root@host ~]# redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 set key helloOK[root@host ~]# redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 get key"hello"

        由于连接的Redis服务位于127.0.0.1，端⼝也使⽤的是默认的6379 端⼝，所以可以省略-h{host}-p{port}。

图1-3Redis客⼾端与服务端的交互过程

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