浅析Redis(1)

一.Redis的含义

Redis可以用来作数据库，缓存，流引擎，消息队列。redis只有在分布式系统中才能充分的发挥作用，如果是单机程序，直接通过变量来存储数据是更优的选择。那我们知道进程之间是有隔离性的，那么redis中的数据是如何共享的呢？reids是基于网络，把自己内存中的变量给别的进程，甚至别的主机的进程使用

Mysql和redis的区别:

Mysql最大的问题在于，访问速度比较慢，redis是把数据存储在内存当中的，访问速度比较快，但是redis的劣势是:内存空间有限.

二.单机架构和分布式

单机架构:

只有一台服务器，负责所有的工作

服务器处理客户端的请求，是要消耗资源的

按理来说:现在计算机硬件，发展速度很快，但是一台主机上的性能是有限的，一台主机也可以支持非常高的并发但是如果业务持续增长，一台主机难以应付，就需要引入更多的主机，引入更多的硬件资源，

应用数据分离架构

引入更多的服务器节点: 

\

负载均衡:用户请求合理的分配到每个服务器

例如有2w个请求，，每个应用服务器平均分摊1w个请求。 

如果说我们的请求数量如果继续增多，我们的负载均衡器也会承担不了，那么我们会引入更多的负载均衡器。

增加应用服务器，能够处理更多的请求数量，但是随之存储服务器，要承担的请求数量也就更多了。

数据库提高处理请求的能力的方式

1.读写分离

我们知道数据库的操作，读操作会比较频繁，而写和修改操作相对比较小一些。我们用一个主数据库负责数据的查询操作，而从数据库负责写操作。

2.引入缓存

我们将一些经常访问的数据放入缓存中，读取缓存中的数据的速度要远远大于读取硬盘中数据的速度。 

    

针对数据库进一步拆分，分库分表，本来一个数据库服务器，每个数据库服务器存储一个或者一部分数据库，如果某个表特别大，大到一台主机存不上，也可以针对表进行拆分。 

 微服务数据架构:

一个应用服务器，一个服务器有很多业务，方便于代码的维护，把这样一个复杂的服务器，拆分成更多的，功能更单一，但是更小的服务器(微服务），引入微服务，根本原因是解决人的问题，当应用服务器更复杂，势必需要更多的人来维护，人一多，就不好管理，需要划分组织结构，分成多个组，进行分工。

 引入微服务缺点:(1)系统的性能下降

                            (2)系统复杂度程度提高，可用性收到影响

微服务的优势:（1）解决了人的问题

                          (2）使用微服务，方便于功能的复用

                          (3)可以给不同的服务进行不同的部署

分布式系统小结:

1.单机架构（应用程序+数据库服务器）在一台服务器上

2.数据库和应用分离

应用程序和数据库服务器，分别放在不同主机上部署

3.引入负载均衡:应用服务器->集群

通过负载均衡器，把请求均匀发布在集群中的每个应用服务器

4.引入读写分离，数据库主从结构

一个数据库结点作为主节点，其他N个数据库节点作为从节点，主节点负责写数据，从节点负责读数据。

5.引入缓存，冷热数据分离

进一步的提升了服务器针对请求的处理能力

6.引入分库分表

  数据库能进一步扩展存储能力

7.引入微服务

  从业务进一步拆分应用服务器，从业务功能的角度，把应用服务器，拆分成更多的功能单一，简单，更小的服务器。

三.Redis特性:

Redis是一个内存中存储数据的中间件，用于作为数据库，用于作为数据库缓存，在分布式系统中起到重要的作用，它有一些特性:
(1)在内存中存储数据

(2)Redis可以通过简单的交互命令进行操作，也可以通过一些脚本的方式，批量执行一些操作

(3)Redis在原有的功能基础上再进行拓展，Redis提供了一组API,通过redis支持更多的数据结构以及支持更多的命令。

（4)Redis把数据存储在内存中，内存中的数据易失的，Redis也会把数据存储在硬盘上，相当于在内存中的数据备份了一部分）Redis重启了，会在重启的时候加载硬盘中的数据，使Redis中的内存恢复到重启前的状态。

(5)Redis作为一个分布式系统中的中间件，能够支持集群，一个Redis能够存储的数据是有限的，引入多个多个主机，部署多个Redis节点，每个Redis存储数据的一部分

(6)Redis支持主从结构，从节点相当于主节点的备份，一旦主节点挂了，从结点会变成主节点

为啥Redis快？

1.Redis数据在内存中，要比存储在硬盘中，要快很多

2.Redis核心功能都是比较简单的操作内存的数据结构

3.Redis使用了IO多路复用的方式

4.Redis使用的是单线程方式，减少了不必要的竞争的开销

另外谈到redis的快，只是和mysql相比，如果和内存中的操作变量相比，就没有优势了，甚至更慢

比如应用程序要存储购物的一些信息，那么用hashmap来存，要比用redis来存，要更加快速，但是用hashmap来存，如果服务器一旦重启，数据就会丢失。因此到底用那种场景来存，要看具体的应用场景。

四.Redis的应用

1.redis作为数据库，相较于Mysql，redis查询数据的速度更快

2.redis作为缓存，把热点数据存储在redis中

3.redis作为消息队列。对于分布式系统来说，服务器和消费者之间有时也是需要使用到消费者和生产者模型的。

4.redis作为会话

 想象这样一个场景，一个用户登录我们的服务器，服务这里随机产生了一个session，并将用户信息存储到了服务器上，但当用户再次去访问的时候，可能会访问另外一个服务器，因为另外一个服务器没有用户信息，这时候就需要重新登录了，那如何解决这个问题吗?

(1)设计特定的算法，让负载均衡器，把同一个用户的请求，始终打到同一个服务器上

(2)把会话数据单独放在一台机器上存储

下面是第二种方法图:

Redis客户端

Redis是一个客户端-服务器结构的程序

Redis客户端的形态

(1)自带的命令行客户端

(2)图形化界面客户端 

五.Redis中的常用命令(redis是按照键值对的方式进行存储的)

1.set key value 把  key 和value存储进去

2.get 根据key来获取value，如果key不存在会返回nil

3.keys的模糊匹配

（1）?匹配任意一个字符

   keys h?llo

 (2)*匹配0个或者多个字符

（3）[....,....,....,]匹配某些指定的字符

 [a,b]只能匹配到a，b，在此场景下，所有的key第二个字母必须是a,b 

（4）[.....-....]匹配某个范围内的字符

[a-c]表示所有的只能匹配a-c这个范围内的字符，包含两侧边界

 

(5)[^.....]排除某些字符

 另外要注意keys的命令时间复杂度是o(n)，所以，在生产环境上，一般都会禁止使用keys命令，尤其是keys*，生产环境上的key可能会非常多，redis是一个单线程服务器，如果执行keys*时间非常长，就使redis服务器被阻塞了，无法给其他客户端提供服务

4.exists[key1,key2.....]判定key是否存在

返回值：key的个数,时间复杂度o1

5.del[key1,key2,.....]删除一个或多个key

6.expire作用给key设置过期时间

设置的时间单位是秒

pexpire 设置的时间单位是毫秒

给存在的key设置，会返回1，表示设置成功，给不存在的key设置，会返回0，表示设置失败

key存活的时间超出指定的过期时间，就会被自动删除，很多业务场景，是有时间限制的，例如手机验证码，5分钟内有效，点外卖，优惠券，在指定的时间内有效。还有基于redis的分布式锁，为了避免不能正确解锁的情况，通常都会在加锁的时候设置一下过期时间

7.ttl查看key的过期时间还剩多少

8.type 返回key的类型

9.incr    针对value+1

incrby   针对value+n

decr     针对value-1

decrby   针对value-n

incrbyfloat  针对value+/-小数

10.append追加字符

这里注意当value值为中文时，我们通过getkey方式得到的不是中文，如果 想要得到中文，我们可

以在连接客户端的时候通过redis-cli --raw设置一下  

11.getrange  key start  end  得到指定范围内的value，注意区间是前闭后闭。

如果end是负数，则表示倒数的概念，如-1，表示倒数第1个

 12.setrange  key offset(偏移量) value从第几个字节开始替换

13.strlen  获取到字符串的长度，单位是字节

六.Redis中的过期策略

一个Redis中可能同时存在很多key,这些key中会存在一些过期的，那这些过期的key是如何进行处理的呢？

1.定期删除:每隔一段时间，每次抽取一部分，去验证它的过期时间

2.惰性删除:当去访问到key的时候，如果key已经过期了，对其进行删除操作

七.Redis的数据类型

Redis支持10个数据类型，其中String,List,Set,Hash,Sorted set,是常用的几种数据类型

上述常见的几种数据类型，其底层的数据结构，并不一定是我们看到的表面那样

Redis底层在实现上述数据结构的时候，会进行特定的优化，来达到节省空间/时间的效果。

object encoding key 查看key对应的value的实际编码方式

Redis单线程模型:

  (1)Redis只使用一个线程，处理所有的命令请求，这并不意味着一个redis服务器内部只有一个线程，其实也有多个线程在处理网络IO,一个线程在处理命令请求。

(2)

当两个客户端发送要对count++请求的时候，我们明白在多线程情况下，会出现线程安全问题，但是redis我们知道它是单线程来处理命令请求的，也就是说多个请求同时到达redis服务器，也是要现在队列中排队，再等待Redis服务器一个一个取出里面的命令再执行，redis服务器都是串行/顺序执行这些命令的。弊端:redis必须要小心，某个操作占用时间较长，会阻塞其他命令的执行。

Redis是单线程模型，为啥效率高？

1.redis直接从内存中读取数据，数据库则是从硬盘中读取数据

2.redis核心功能比数据库核心功能更简单，数据库对于数据的插入和删除查询，都有复杂的功能支持，也就导致了更多的开销，比如针对插入和删除，会存在外键、unique等限制。

3.单线程模型:避免了不必要的线程竞争开销

4.处理网络IO的时候，使用了epoll这样的IO多路复用机制。很多情况下，客户端和服务器交互不是很频繁，我们可以让一个线程处理多个客户端的请求。

String类型:

String类型内部编码方式

1.int   用来表示较小的整数

2.embstrbbb    压缩字符串，用来表示比较短的字符串

3.raw    普通字符串，用于表示较长的字符串

object encoding key  查看编码方式

String类型的应用:

(1)redis作为缓存

(2)用于计数系统

(3)Session会话

Hash类型

redis本身已经是一个键值对了，value又是一个键值对

常用命令:

1.hset（设置多个键值对）

hset key filed value   filed value.....

2.hexists   key field  判断filed是否存在

3.hdel key field1,field2,field3    删除多个field

4.hkeys key 获取多个field

5.hvald key 获取所有的value

 

6.hgetall key   获取所有的field  value

7.hmget相较于hget能同时获取多个field

8.hsetnx key field value  只有field存在时才能设置成功

9.hincrby key field n

10.hincrbyfloat key field n      加减小数

11.hlen key获取value的个数

12.hstrlen key field获取某个field的value大小，单位是字节

13.hget key field获取某个filed的value值

Hash内部的编码方式:

(1)ziplist压缩列表，可以节省内存空间，压缩的本质是针对数据进行重新编码，重新编码之后，就会缩小体积，但是ziplist进行读写速度比较慢，因此只适应元素个数比较少的一些情况

(2)hashtable 

适用场景:(1)如果哈希表中的元素个数比较少，使用ziplist表示，元素个数比较多，使用hashtable来表示

(2)每个value的值长度都比较短，使用ziplist表示，如果value值长度太大，也会转换成hashtable.

Hash类型的应用:  

(1)作为缓存:

   String类型也是可以作为缓存使用的，但是要存储结构化的数据，使用hash类型会更方便

像上面这个例子:如果使用String(json)的格式来表示student,如果想修改某个field,需要把json读取出来，解析成对象，修改field，再重写成json字符串，再写回去，如果使用hash的方式来表示student,就可以使用field表示对象的每个属性（数据表的每个列）此时也就更加的方便修改/获取某个属性的值了，使用hash的方式，读写field更直观高效，但是也浪费了空间，需要控制hash在ziplist和hashtable两种内部编码的转换，会造成内存的巨大消耗。