java进阶--数据库篇（Redis）

 如有不足，还望指正,不胜感激,共同学习进步。。

                                   

目录

Redis

Redis是什么？

Redis的应用场景

Redis数据类型

String（字符串）

hash（哈希）

list（列表）

set（集合）

zset（有序集合）

Redis常见问题

雪崩

穿透

击穿

Redis优缺点

优点：

缺点：

Redis持久化

RDB:

AOF：

哨兵模式

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Redis

Redis是什么？

        Redis（Remote Dictionary Server )，即远程字典服务，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。

Redis的应用场景

        缓存、消息队列、分布式锁、计数器、排行榜、点赞签到打卡、计数器、限流等

Redis数据类型

        Redis支持五种数据类型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合）及zset(sorted set：有序集合)。

String（字符串）

        string 是 redis 最基本的类型，你可以理解成与 Memcached 一模一样的类型，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。比如jpg图片或者序列化的对象。

        string 类型是 Redis 最基本的数据类型，string 类型的值最大能存储 512MB。

        redis 127.0.0.1:6379> SET jt "江涛博客"
        OK
        redis 127.0.0.1:6379> GET jt
        "江涛博客"

        在以上实例中我们使用了 Redis 的 SET 和 GET 命令。键为 jt，对应的值为 江涛博客。

注意：一个键最大能存储 512MB。

hash（哈希）

        Redis hash 是一个键值(key=>value)对集合。

        Redis hash 是一个 string 类型的 field 和 value 的映射表，hash 特别适合用于存储对象。

        DEL jt  删除前面测试的key，报错"(error) WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value"

        redis 127.0.0.1:6379> HMSET jt field1 "Hello" field2 "World"
        "OK"
        redis 127.0.0.1:6379> HGET jt field1
        "Hello"
        redis 127.0.0.1:6379> HGET jt field2
        "World"

        实例中我们使用了 Redis HMSET, HGET 命令，HMSET 设置了两个 field=>value 对, HGET 获取对应 field 对应的 value。

        每个 hash 可以存储 232 -1 键值对（40多亿）。

list（列表）

        Redis 列表是简单的字符串列表，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）。

        redis 127.0.0.1:6379> lpush runoob redis
        (integer) 1
        redis 127.0.0.1:6379> lpush runoob mongodb
        (integer) 2
        redis 127.0.0.1:6379> lpush runoob rabbitmq
        (integer) 3
        redis 127.0.0.1:6379> lrange runoob 0 10
        1) "rabbitmq"
        2) "mongodb"
        3) "redis"

        列表最多可存储 232 - 1 元素 (4294967295, 每个列表可存储40多亿)。

set（集合）

        Redis 的 Set 是 string 类型的无序集合。

        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)。

        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。

        redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob redis
        (integer) 1
        redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob mongodb
        (integer) 1
        redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob rabbitmq
        (integer) 1
        redis 127.0.0.1:6379> sadd runoob rabbitmq
        (integer) 0
        redis 127.0.0.1:6379> smembers runoob

        1) "redis"
        2) "rabbitmq"
        3) "mongodb"

        注意：以上实例中 rabbitmq 添加了两次，但根据集合内元素的唯一性，第二次插入的元素将被忽略。

        集合中最大的成员数为 232 - 1(4294967295, 每个集合可存储40多亿个成员)。

zset（有序集合）

        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。

        zadd 命令

        添加元素到集合，元素在集合中存在则更新对应score

        zadd key score member 

        redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 redis
        (integer) 1
        redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 mongodb
        (integer) 1
        redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 rabbitmq
        (integer) 1
        redis 127.0.0.1:6379> zadd runoob 0 rabbitmq
        (integer) 0
        redis 127.0.0.1:6379> ZRANGEBYSCORE runoob 0 1000
        1) "mongodb"
        2) "rabbitmq"
        3) "redis"

Redis常见问题

        redis缓存雪崩、穿透和击穿

雪崩

        雪崩就是指缓存中大批量热点数据过期后系统涌入大量查询请求，因为大部分数据在Redis层已经失效，请求渗透到数据库层，大批量请求犹如洪水一般涌入，引起数据库压力造成查询堵塞甚至宕机。

解决办法：

1. 将缓存失效时间分散开，比如每个key的过期时间是随机，防止同一时间大量数据过期现象发生，这样不会出现同一时间全部请求都落在数据库层，如果缓存数据库是分布式部署，将热点数据均匀分布在不同Redis和数据库中，有效分担压力，别一个人扛。
2. 简单粗暴，让Redis数据永不过期（如果业务准许，比如不用更新的名单类）。当然，如果业务数据准许的情况下可以，比如中奖名单用户，每期用户开奖后，名单不可能会变了，无需更新。

穿透

        穿透是指查询一个不一定存在的key，由于缓存是不命中时被动写的，并且处于容错考虑，如果从存储层查不到的数据不写入缓存，导致缓存没有任何意义，在高并发的时候很容易给DB带来压力，有可能会导致挂掉。举个例子，一秒钟有5000个请求，其中有4000个都是黑客发来的恶意请求，这4000个恶意请求缓存查不到DB也查不到，很可能会造成损失。

 解决办法：

1. 常见的办法就是采用布隆过滤器，将所有可能存在的数据hash到一个bitmap中，一个一定不会存在的key一定会被bitmap拦截掉。
2. 如果存储层返回null值也将这个结果写入到缓存中，并且设置一个较短的过期时间，在缓存失效前再有请求可以直接从缓存中拿数据

击穿

        缓存击穿，就是说某个 key 非常热点，访问非常频繁，处于集中式高并发访问的情况，当这个 key 在失效的瞬间，大量的请求就击穿了缓存，直接请求数据库，就像是在一道屏障上凿开了一个洞。

 解决办法：

1. 使用互斥锁，在缓存失效的时候不是立即请求DB，而是先使用缓存工具的某些带返回成功操作的工作去set一个mutexkey，当返回成功是再进行请求DB并且回设缓存，否则重试。
2. 永远不过期，将热点数据不设置过期时间

Redis优缺点

优点：

• 读写性能优异， Redis能读的速度是110000次/s，写的速度是81000次/s。

• 支持数据持久化，支持AOF和RDB两种持久化方式。

• 支持事务，Redis的所有操作都是原子性的，同时Redis还支持对几个操作合并后的原子性执行。

• 数据结构丰富，除了支持string类型的value外还支持hash、set、zset、list等数据结构。

• 支持主从复制，主机会自动将数据同步到从机，可以进行读写分离。

缺点：

• 数据库容量受到物理内存的限制，不能用作海量数据的高性能读写，因此Redis适合的场景主要局限在较小数据量的高性能操作和运算上。

• Redis 不具备自动容错和恢复功能，主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败，需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复。

• 主机宕机，宕机前有部分数据未能及时同步到从机，切换IP后还会引入数据不一致的问题，降低了系统的可用性。

• Redis 较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。为避免这一问题，运维人员在系统上线时必须确保有足够的空间，这对资源造成了很大的浪费。

Redis持久化

RDB:

        是Redis DateBase缩写快照，RDB是Redis默认的持久化方式。按照一定的时间将内存的数据以快照的形式保存到硬盘中，对应产生的数据文件为dump.rdb。通过配置文件中的save参数来定义快照的周期。       

优点：

• 1、只有一个文件 dump.rdb，方便持久化。

• 2、容灾性好，一个文件可以保存到安全的磁盘。

• 3、性能最大化，fork 子进程来完成写操作，让主进程继续处理命令，所以是 IO 最大化。使用单独子进程来进行持久化，主进程不会进行任何 IO 操作，保证了 redis 的高性能

• 4.相对于数据集大时，比 AOF 的启动效率更高。

缺点：

• 1、数据安全性低。RDB 是间隔一段时间进行持久化，如果持久化之间 redis 发生故障，会发生数据丢失。所以这种方式更适合数据要求不严谨的时候)

• 2、AOF（Append-only file)持久化方式：是指所有的命令行记录以 redis 命令请 求协议的格式完全持久化存储)保存为 aof 文件。

AOF：

        AOF持久化(即Append Only File持久化)，则是将Redis执行的每次写命令记录到单独的日志文件中，当重启Redis会重新将持久化的日志中文件恢复数据。

        当两种方式同时开启时，数据恢复Redis会优先选择AOF恢复。

优点：

• 1、数据安全，aof 持久化可以配置 appendfsync 属性，有 always，每进行一次 命令操作就记录到 aof 文件中一次。

• 2、通过 append 模式写文件，即使中途服务器宕机，可以通过 redis-check-aof 工具解决数据一致性问题。

• 3、AOF 机制的 rewrite 模式。AOF 文件没被 rewrite 之前（文件过大时会对命令 进行合并重写），可以删除其中的某些命令（比如误操作的 flushall）)

缺点：

• 1、AOF 文件比 RDB 文件大，且恢复速度慢。

• 2、数据集大的时候，比 rdb 启动效率低。

哨兵模式

        哨兵模式是一种特殊的模式，首先Redis提供了哨兵的命令，哨兵是一个独立的进程，作为进程，它会独立运行。其原理是哨兵通过发送命令，等待Redis服务器响应，从而监控运行的多个Redis实例。

这里的哨兵有两个作用

• 通过发送命令，让Redis服务器返回监控其运行状态，包括主服务器和从服务器。

• 当哨兵监测到master宕机，会自动将slave切换成master，然后通过发布订阅模式通知其他的从服务器，修改配置文件，让它们切换主机。

        然而一个哨兵进程对Redis服务器进行监控，可能会出现问题，为此，我们可以使用多个哨兵进行监控。各个哨兵之间还会进行监控，这样就形成了多哨兵模式。

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