前言：基础知识

一、分布式锁的特点：

1、互斥性： 同一时刻只能有一个线程持有锁
2、可重入性： 同一节点上的同一个线程如果获取了锁之后能够再次获取锁
3、锁超时：和J.U.C中的锁一样支持锁超时，防止死锁，网络中断或宕机无法释放锁时，锁会被自动清除。
4、高性能和高可用： 加锁和解锁需要高效，同时也需要保证高可用，防止分布式锁失效。
5、具备阻塞和非阻塞性：阻塞锁即没有获取到锁，则继续等待获取锁；非阻塞锁即没有获取到锁后，不继续等待，直接返回锁失败。

二、redis基础数据结构

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对redis来说，所有的key（键）都是字符串。

1.String 字符串类型

是redis中最基本的数据类型，一个key对应一个value。

String类型是二进制安全的，意思是 redis 的 string 可以包含任何数据。如数字，字符串，jpg图片或者序列化的对象。

2.Hash （哈希）

是一个Mapmap，指值本身又是一种键值对结构，如 value={{field1,value1},......fieldN,valueN}}

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使用：所有hash的命令都是 h 开头的 hget 、hset 、 hdel 等

3.链表

List 说白了就是链表（redis 使用双端链表实现的 List），是有序的，value可以重复，可以通过下标取出对应的value值，左右两边都能进行插入和删除数据。

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使用列表的技巧

• lpush+lpop=Stack(栈)
• lpush+rpop=Queue（队列）
• lpush+ltrim=Capped Collection（有限集合）
• lpush+brpop=Message Queue（消息队列）

4.Set 集合

集合类型也是用来保存多个字符串的元素，但和列表不同的是集合中
1、 不允许有重复的元素。
2、集合中的元素是无序的，不能通过索引下标获取元素，
3、支持集合间的操作，可以取多个集合取交集、并集、差集。

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使用：命令都是以s开头的 sset 、srem、scard、smembers、sismember

5.zset 有序集合

有序集合和集合有着必然的联系，保留了集合不能有重复成员的特性，区别是，有序集合中的元素是可以排序的，它给每个元素设置一个分数，作为排序的依据。

（有序集合中的元素不可以重复，但是score 分数 可以重复，就和一个班里的同学学号不能重复，但考试成绩可以相同）。

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使用： 有序集合的命令都是 以 z 开头 zadd 、 zrange、 zscore

三、redis的集群部署架构

1、主从模式

1.1 基本特征

和MySQL需要主从复制的原因一样，Redis虽然读取写入的速度都特别快，但是也会产生性能瓶颈，特别是在读压力上，为了分担压力，Redis支持主从复制。Redis的主从结构一主一从，一主多从或级联结构，复制类型可以根据是否是全量而分为全量同步和增量同步。
下图为级联结构：

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1.2 全量同步工作方式

Redis全量复制一般发生在slave的初始阶段，这时slave需要将master上的数据都复制一份，具体步骤如下：
（1）、slave连接master，发送SYNC命令；
（2）、master街道SYNC命令后，执行BGSAVE命令生产RDB文件并使用缓冲区记录此后执行的所有写命令；
（3）、master的BGSAVE执行完成后，向所有的slave发送快照文件，并在发送过程中继续记录执行的写命令；
（4）、slave收到快照后，丢弃所有的旧数据，载入收到的数据；
（5）、master快照发送完成后就会开始向slave发送缓冲区的写命令；
（6）、slave完成对快照的载入，并开始接受命令请求，执行来自master缓冲区的写命令；
（7）、slave完成上面的数据初始化后就可以开始接受用户的读请求了。
大致流程图如下：

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1.3 增量复制工作方式

增量复制实际上就是在slave初始化完成后开始正常工作时master发生写操作同步到slave的过程。增量复制的过程主要是master每执行一个写命令就会向slave发送相同的写命令，slave接受并执行写命令，从而保持主从一致。

2、哨兵模式

2.1 Redis哨兵机制基本特征

在主从复制实现之后，如果想对master进行监控，Redis提供了一种哨兵机制，哨兵的含义就是监控Redis系统的运行状态，并做相应的响应。

哨兵的功能其主要的功能有以下两点：
（1）监控：监控所有Redis节点是否正常运行；
（2）提醒：当监控的某个Redis出现问题，哨兵可以通过API向管理员或其他应用程序发送通知。
（3）故障迁移：当一个master不能正常工作时，哨兵会开始一次自动故障迁移操作，它会将失效master的其中一个slave提升为master，并让失效master和其他slave该为复制新的master，当客户端试图连接失效的master时，集群也会向客户端返回新的master地址，使得集群可以使用新的master代替失效的master。
在一个一主多从的集群中，可以启用多个哨兵进行监控以保证集群足够稳健，这种情况下，哨兵不仅监控主从服务，哨兵之间也会相互监控，建议哨兵至少3个并且是奇数。

2.2 哨兵的工作方式：

• 每个Sentinel（哨兵）进程以每秒钟一次的频率向整个集群中的Master主服务器，Slave从服务器以及其他Sentinel（哨兵）进程发送一个 PING 命令。
• 如果一个实例（instance）距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 选项所指定的值， 则这个实例会被 Sentinel（哨兵）进程标记为主观下线（SDOWN）
• 如果一个Master主服务器被标记为主观下线（SDOWN），则正在监视这个Master主服务器的所有 Sentinel（哨兵）进程要以每秒一次的频率确认Master主服务器的确进入了主观下线状态
• 当有足够数量的 Sentinel（哨兵）进程（大于等于配置文件指定的值）在指定的时间范围内确认Master主服务器进入了主观下线状态（SDOWN）， 则Master主服务器会被标记为客观下线（ODOWN）
• 在一般情况下， 每个 Sentinel（哨兵）进程会以每 10 秒一次的频率向集群中的所有Master主服务器、Slave从服务器发送 INFO 命令。
• 当Master主服务器被 Sentinel（哨兵）进程标记为客观下线（ODOWN）时，Sentinel（哨兵）进程向下线的 Master主服务器的所有 Slave从服务器发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次。
• 若没有足够数量的 Sentinel（哨兵）进程同意 Master主服务器下线， Master主服务器的客观下线状态就会被移除。若 Master主服务器重新向 Sentinel（哨兵）进程发送 PING 命令返回有效回复，Master主服务器的主观下线状态就会被移除。
• Master服务器被标记为客观下线后，Sentinel会选举出新的Slave服务器作为Master服务器。

3、Cluster集群模式

3.1 集群基本特征

Redis集群有以下几个重要的特征：
（1）、Redis集群的分片特征在于将空间拆分为16384个槽位，某一个节点负责其中一些槽位；
（2）、Redis集群提供一定程度的可用性，可以在某个节点宕机或者不可达的情况继续处理命令；
（3）、Redis集群不存在中心节点或代理节点，集群的其中一个最重要的设计目标是达到线性可扩展性；
其架构如下：

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其中每一个圆代表一个节点，任何两个节点是互通的，可以归纳以下几点：

• 所有的节点相互连接；
• 集群消息通信通过集群总线通信，，集群总线端口大小为客户端服务端口+10000，这个10000是固定值；
• 节点与节点之间通过二进制协议进行通信；
• 客户端和集群节点之间通信和通常一样，通过文本协议进行；
• 集群节点不会代理查询；

3.2 工作方式

在redis的每一个节点上，都有这么两个东西，一个是插槽（slot），它的的取值范围是：0-16383。还有一个就是cluster，可以理解为是一个集群管理的插件。当我们的存取的key到达的时候，redis会根据crc16的算法得出一个结果，然后把结果对 16384 求余数，这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽，通过这个值，去找到对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。

为了保证高可用，redis-cluster集群引入了主从模式，一个主节点对应一个或者多个从节点，当主节点宕机的时候，就会启用从节点。当其它主节点ping一个主节点A时，如果半数以上的主节点与A通信超时，那么认为主节点A宕机了。如果主节点A和它的从节点A1都宕机了，那么该集群就无法再提供服务了。