Redis基本数据类型以及缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩

1. 什么是Redis？它主要用来什么的？

Redis，英文全称是Remote Dictionary Server（远程字典服务），是一个开源的使用ANSI C语言编写、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。

与MySQL数据库不同的是，Redis的数据是存在内存中的。它的读写速度非常快，每秒可以处理超过10万次读写操作。因此redis被广泛应用于缓存，另外，Redis也经常用来做分布式锁。除此之外，Redis支持事务、持久化、LUA 脚本、LRU 驱动事件、多种集群方案。

Redis底层协议
RESP，英文全称是Redis Serialization Protocol,它是专门为redis设计的一套序列化协议. 这个协议其实在redis的1.2版本时就已经出现了,但是到了redis2.0才最终成为redis通讯协议的标准。
RESP主要有实现简单、解析速度快、可读性好等优点。

Redis默认支持16个数据库（可以通过配置文件支持更多，无上限），可以通过配置databases来修改这一数字。客户端与Redis建立连接后会自动选择0号数据库，不过可以随时使用SELECT命令更换数据库，Redis不支持自定义数据库的名字。

2.Redis五种基本数据类型

Redis支持多种数据类型，每种基本数据类型可能对应多种数据结构，不同时候使用不同的数据结构，使用不同的编码，也是redis“快”的原因之一。

Redis五种基本数据类型：

• String（字符串）
• Hash（哈希）
• List（列表）
• Set（集合）
• zset（sorted set：有序集合）

注意：redis中的Key和Value是区分大小写的；
数据类型指的value的类型

1）String（字符串）

• string 类型是二进制安全的。意思是 redis 的 string 可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象。

• 值最大存储为512M

• 简单使用举例: set key value、get key等
  　incr key （对应的value 自增1,如果没有这个key值 自动给你创建创建 并赋值为1）
  　decr key （对应的value 自减1）
  

• 应用场景：共享session、分布式锁，计数器、限流。

• 内部编码有3种：int、embstr、raw
  存储数字的话用int类型；如果存储非数字小于等于39字节字符串用embstr，大于39个字节字符串用raw

• 使用SDS（simple dynamic string） 封装，SDS中，O(1)时间复杂度，就可以获取字符串长度；

sds结构：
struct sdshdr{
unsigned int len; // 标记buf的长度
unsigned int free; //标记buf中未使用的元素个数
char buf[]; // 存放元素 }

为什么redis的string是二进制安全的？
(1)由于有长度的统计变量len的存在,读写字符串时不依赖“\0”终止符,保证了二进制安全
(2)Redis保存的字符串对外暴露的是数组的长度指针,而不是结构体的指针,上层可以像操作普通字符串一样操作SDS.

2）Hash（哈希）

• 简单使用举例：hset key field value 、hget key field
• 内部编码：ziplist（压缩列表） 、hashtable（哈希表）
  哈希类型元素个数小于512个，所有值小于64字节，使用ziplist编码，否则使用hashtable；
• 应用场景：缓存用户信息等。
• 注意点：如果开发使用hgetall，哈希元素比较多的话，可能导致Redis阻塞，可以使用hscan。而如果只是获取部分field，建议使用hmget。

3）List（列表）

• Redis 列表是简单的字符串列表是用来存储多个有序的字符串，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。一个列表最多可以存储2^32-1个元素 (4294967295, 每个列表可存储40多亿)。
• 简单实用举例：lpush key value [value …] 、lrange key start end
• 内部编码：ziplist（压缩列表）、linkedlist（链表）
  如果列表中元素个数小于512个，列表每个元素的值都小于64字节（默认），使用ziplist编码，否则使用linkedlist；
• 应用场景：消息队列，文章列表

4）set（无序集合）

• Redis 的 Set 是 string 类型的无序集合，不允许重复。集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O(1)。
• 使用举例：sadd key element [element …]、smembers key
  sadd 命令添加一个 string 元素到 key 对应的 set 集合中，成功返回 1，如果元素已经在集合中返回 0。
• 内部编码：intset（整数集合）、hashtable（哈希表）
  如果集合中元素都是整数且元素个数小于512个，使用intset编码，否则使用hashtable ；
• 注意点：smembers和lrange、hgetall都属于比较重的命令，如果元素过多存在阻塞Redis的可能性，可以使用sscan来完成。

5）zset(sorted set：有序集合)

• 有序集合zset：已排序的字符串集合，同时元素不能重复
  Redis zset 和 set 一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员。不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。zset的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。
• 使用举例：添加元素zadd key score member [score member …]，

zrank key member
zadd zset1 3 a 7 c 10 d 1 e   （添加元素）
(ZRANGE key start stop [WITHSCORES])
(查看所有元素：zrange key  0  -1  withscores)
如果要查看分数，加上withscores.
zrange zset1 0 -1 (从小到大)
zrevrange zset1 0 -1 (从大到小)
zincrby zset2 score member (对元素member 增加 score)

• 底层内部编码：ziplist（压缩列表）、skiplist（跳跃表）。
  当有序集合元素个数小于128个，每个元素的值小于64字节时，使用ziplist，否则使用skiplist。
• 应用场景：排行榜，社交需求（如用户点赞）

总结

redis五种基本数据类型对应的内部编码（高效的数据结构），也是redis设计者的优化结果：

除上述以外一些常用的简单命令：

• expire key second (设置key的过期时间)
• ttl key (查看剩余时间)（-2 表示不存在，-1 表示已被持久化，正数表示剩余的时间）
• persist key (清除过期时间，也即是持久化 持久化成功体提示 1 不成功0)。
• del key: 删除key
• select 0 表示：选择0号数据库。默认是0号数据库

3.缓存击穿、缓存穿透、缓存雪崩

缓存雪崩：是指缓存同一时间大面积失效，后面的数据都会落到数据库导致的数据库崩塌。
解决方案：
1） 缓存数据的过期时间设置随机
2）缓存预热
3）互斥锁（让查询请求排队）

缓存穿透：是指缓存和数据库都没有的数据，导致请求都落到数据库导致的数据库崩塌（一般恶意攻击较多）。
解决方案：
1）接口层增加基础校验
2）缓存取不到，数据库也没有设置为 key-null,缓存时间设置短点。
3）布隆过滤器，将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中，那样一个一定不存在的会被拦截掉，但是可能有“误判”的情况，当哈希冲突时。

缓存击穿：是指缓存中没有，但是数据库有的数据（一般缓存时间到期），由于并发用户多，引起数据库压力瞬间过大，导致的数据库崩塌。
解决方案：
1）设置热点数据永不过期
2）加互斥锁