NoSQL数据库——Redis

一、什么是Redis

       

       Redis是一个开源的，基于C语言编写的，包含多种数据结构、支持网络交互的、可基于内存也可持久化的日志型、key-value存储的NoSQL数据库。

1、Redis数据类型

      1）字符串（strings）：可以进行数值计算；

      2）列表（lists）：链表方式实现，可以实现常数级别的头尾数据插入；

      3）无序集合（sets）：可以进行数据的求交、并、差集；

      4）有序集合（sorted sets）：可以实现数据顺序存储；

      5）哈希（hashes）：可以存储字符串和字符串值之间映射的map。

2、Redis持久化

Redis提供了RDB（Redis DataBase）和AOF（Append Only File）两种持久方式。

RDB：redis在某一时刻将数据持久化到磁盘中，是一种快照式的持久化方法。（类比于Flink中的Checkpoint检查点）

原理：redis单独创建（fork）一个子进程，将数据写入到一个临时文件中，待持久化过程结束后，用临时文件替换上次持久化好的文件，以此确保可以随时备份，同时具备极高的性能和服务性。

AOF：redis将执行过的写指令记录，在系统崩溃重启后，顺序执行这些指令实现数据恢复。（类比于HBase中的WAL文件）

原理：redis的AOF文件只允许追加不允许修改。每秒钟都会更新缓存里的指令到磁盘。随着操作增多，AOF文件会越来越大，redis通过文件重写机制，压缩内容，文件重写同样先创建（fork）一个子进程，并写入临时文件，然后进行替换。

3、Redis主从架构

Redis支持一主多从和多级从属的主从结构，其主从同步是异步进行的，即不影响主逻辑，也不会降低处理性能。

原理：从服务器向主服务器发出SYNC指令，主服务器接收到后，调用BGSAVE指令创建一个子进程进行数据持久化，期间写指令缓存于内存。指令完成后，将持久化好的RDB发送给从服务器，从服务器将其存储到磁盘，并加载入内存，期间缓存的写指令以redis协议发送给从服务器。

4、Redis事务处理

redis通过MULTI、EXEC、DISCARD、WATCH四个指令构建事务处理。通过开始事务，命令入队，执行事务三个阶段实现事务的顺序执行，保证其原子性。

1. MULTI：组装一个事务；
2. EXEC：执行一个事务；
3. DISCARD：取消一个事务；
4. WATCH：监视key变化，若在执行前被改变，则取消事务执行。

5、Redis常见问题解析

1）击穿：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”。

引发原因：第一次访问、恶意访问不存在key、key过期。

规避方案：启动时提前写入、命名规范中间拦截、合理TTL或永不过期。

2）雪崩：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”。

规避方案：集群方式、限流。

6、Redis5.0新特性

新添一个数据结构Stream，支持多  播的可持久化消息队列（借鉴与Kafka）。Redis Stream有一个消息链表，将所有加入的消息都串起来，每个消息都有一个唯一的ID和对应的内容，并且消息持久化的。

每个Stream都有唯一的名称，即Redis的key，在首次使用xadd指令追加消息时自动创建。

每个Stream都可以挂多个消费组，每个消费组会有个游标last_delivered_id在Stream数组之上往前移动，表示当前消费组已经消费到哪条消息了。每个消费组都有一个Stream内唯一的名称，消费组创建时需要指定从Stream的某个消息ID开始消费，这个ID用来初始化last_delivered_id变量。

每个消费组(Consumer Group)的状态都是独立的，相互不受影响。并且同一个消费组(Consumer Group)可以挂接多个消费者(Consumer)，这些消费者之间是竞争关系，任意一个消费者读取了消息都会使游标last_delivered_id往前移动。每个消费者有一个组内唯一名称。