Redis基础和高级使用

Redis概述

Redis简介

• Redis（REmote DIctionary Server）是一个开源（BSD许可）的，内存中的数据结构存储系统。
• Redis是一个灵活的高性能key-value数据结构存储，可以用来作为数据库、缓存和消息队列。
• 目前Redis是互联网技术中使用最为广泛的中间件之一。
• Redis使用C语言开发。
• https://redis.com.cn/

Redis特点

• 高性能：数据集存储在内存中，每秒写（SET）11 万次，读（GET）8.1 万次。
• 可持久化。
• 支持多种数据结构。比如：字符串、散列、集合等等。
• 原子操作。处理不同数据类型的 Redis 操作是原子操作。

Redis适合于做

• 缓存、Session共享。
• 排行榜。利用SortedSet可以很轻松实现。
• 计算器/限速器。比如统计用户点赞数、用户访问数等；比如抢购时，防止用户疯狂点击带来的压力。
• 好友关系。利用集合的并集、交集、差集等命令即可实现。
• 简单消息队列。

Redis不适合于做

• 数据量太大时的业务。
• 数据访问频率非常低的业务。

Redis安装

• Windows安装：
  官方不推荐windows安装，微软团队维护了开源的windows版本，地址：https://github.com/MicrosoftArchive/redis/releases。
• Linux安装：
  目前最新版本为6，地址：https://redis.com.cn/download.html。

Redis命令

Redis命令

• dis针对键和不同数据类型的值提供了很多命令来进行操作。
• Redis命令手册，地址：https://redis.com.cn/commands.html。

Redis的键

• Redis key是二进制安全的，这意味着可以使用任意的二进制序列作为key。
• 关于key的规则：
  • Key不要过长，否则存储和查找key，代价都很大。
  • Key不要太短，否则键意义不够明确。
  • 建议使用冒号、破折号连接单词。如user:1000:followers
  • key最大允许的长度是512MB。
    
    

Redis数据类型

Redis支持的数据类型

• 字符串（string）。
• 哈希（hash）。
• 列表（list）。
• 集合（set）。
• 有序集合（sorted set）。
• 位图（Bitmaps）、基数统计（HyperLogLogs）、地理空间（Geographic）等等。

字符串及相关命令

• 字符串（string）是Redis中最基本、最简单的数据类型，最大存储512MB。
• 字符串有3种编码格式：int、embstr、raw。除int外均采用SDS（Simple Dynamic String）结构进行存储。
  • int用于保存整数。
  • embstr保存长度小于等于39的字符串（redis3、4版本）。
  • raw保存长度大于39的字符串。
    
    

字符串应用场景：

• 缓存。
• 计数器（播放量、点赞量）。
• 统计（出勤统计）。
• 布隆过滤器。

列表及相关命令

• 列表（list）是按插入顺序排序的字符串列表。可以在列表的头部（左边）或尾部（右边）添加元素。他可以包含231-1个元素。
• Redis 3.2版之后，列表采用的quicklist结构，它代替了之前版本的ziplist和linkedlist。
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列表应用场景：

• 消息队列。
• 排行榜。
• 朋友圈点赞列表、评论列表等。

集合及相关命令

• 集合（set）是string类型的无序集合。集合成员是唯一的。他可以包含231-1个元素。
• 集合类型内部编码有2种：
  • intset（整数集合）,当集合中元素都是整数且个数小于set-maxintset-entries配置（默认512个）时使用。
  • hashtable（哈希表）。
    • Ht[1]是为了扩容。
    • 扩展：ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used*2。
    • 收缩：ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used/2 。
      
      
      
      
      
      

集合应用场景：

• 好友、关注、粉丝。
• 随机展示产品。
• 抽奖等等。

有序集合及相关命令

• 有序集合（sorted set或zset）相比于集合类型，多了一个排序属性score（分值）。
• 有序集合由以下2种结构组成：
  • ziplist（压缩表），当集合中元素个数小于128个；所集合中所有元素成员的长度必须小于64字节。
  • skiplist（跳跃表）。
• Redis的跳跃表由skiplist和zskiplistNode结构定义。
  • skiplist包含以下属性：
    • header：指向跳跃表头结点。
    • tail：指向跳跃表尾结点。
    • level：记录跳跃表内的最高层数（不包括头结点）。
    • length：记录跳跃表的长度，节点数量（不包括头节点）。
  • zskiplistNode包含以下属性：
    • level：L1、L2等标记各个层，每个层有前进指针和跨度2个属性。
    • backward（后退指针）：指向当前结点的前一个节点。
    • score：分值，跳跃表中节点按分值由小到大排列。
    • object：成员对象，有序集合中保存的数据，唯一。
      
      
      

有序集合应用场景：

• 排行榜系统，比如某视频系统的播放量排名、电商系统中商品销量的排名等等。

哈希及相关命令

• 哈希（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。
• 哈希内部编码有2种：
  • ziplist（压缩表），当哈希元素个数小于512个；所有值都小于64字节。
  • hashtable（哈希表）。
    
    

哈希应用场景：

• 存储对象，如用户信息、商品信息等。
• 购物车，如：HSET uid:1 pid:1 1。
• 计数器，如商品的好评数量，某网页的访问次数等。

Redis事务

传统事务与Redis事务区别

• 传统事务：
  • 事务的四个特性：ACID。
  • 原子性（Atomicity）,原子性是指一个事务是一个不可分割的工作单位，其中的操作要么都做，要么都不做。数据库中：如果事务中一个sql语句执行失败，则已执行的语句也必须回滚，数据库退回到事务前的状态（Ps：上面只是举个例子，要注意的是MySQL的事务并不支持原子性，在MySQL中，如果事务中的一条sql无法执行，它会将这一条sql报错，并继续执行接下来的sql，且已执行的sql也不回滚，除非我们主动使用逻辑判断要求报错时执行回滚，否则MySQL的事务本身是不会回滚的）
  • 持久性（Durability），持久性是指事务一旦提交，它对数据库的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其有任何影响。简单理解：就是数据的持久化
  • 隔离性（Isolation）与原子性、持久性侧重于研究事务本身不同，隔离性研究的是不同事务之间的相互影响。隔离性是指，事务内部的操作与其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。通常使用锁机制来保证事务的隔离性
• Redis事务：
  • Redis事务就是一次性、顺序性、排他性的执行一个队列中的一系列命令。
  • Redis 的事务是非原子性的。

事务阶段

• 开始事务
• 命令入队
• 执行事务

Redis事务相关命令

• MULTI：组装事务，将指令放入队列。
• EXEC：执行事务，执行队列中的指令。
• DISCARD：取消事务，放弃执行执行块中的指令。
• WATCH：用来监视一些 key，一旦这些 key 在事务执行之前被改变，则取消事务的执行。
• UNWATCH：取消WATCH对所有key的监视。

Redis事务错误：

• 调用EXEC之前的错误，在客户端调用EXEC时，Redis会拒绝执行这一事务。
• 调用EXEC之后的错误，Redis继续向下执行事务中的其他命令。

Redis持久化

• Redis提供了2种持久化方式：
  • RDB（Redis DataBase）。
  • AOF（Append Only File）。
  • 如果没有持久化需求，也可以关闭，这样Redis就成为了纯内存数据库。

RDB

• RDB持久化方式是在不同的时间点，将Redis存储的数据生成快照并存储到磁盘等介质上。
  • Redis会将数据写入临时文件，待持久化结束才替换上次持久化的文件，确保快照文件完整。
  • Redis会单独创建子进程来持久化，确保Redis高性能。
• 如果进行大规模数据恢复，且对数据完整性不敏感，那么RDB方式更高效。
  

AOF

• AOF持久化方式是将执行过的写指令记录下来，在数据恢复时按照从前到后的顺序再将指令都执行一遍。
• AOF文件重写机制：当文件太大时将重写AOF文件，重写后的AOF文件中是恢复全部数据的最小命令合集(比如一个key修改俩次的命令,只保留最后一次的修改命令)。
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Redis持久化配置（redis.*.conf文件）：

• RDB（Redis DataBase）
  
• AOF （Append Only File）
  

Redis架构模式

单机版

简单；但是内存有限，处理能力有限，无法高可用。

主从复制

maste同步数据到slave，读写分离；但是没有解决maste的写的压力，也无法高可用。

哨兵

Redis Sentinel会监控Redis主从服务器。他有三个特性：

• 监控（Monitoring）：Sentinel 会不断地检查你的主服务器和从服务器是否运作正常。
• 提醒（Notification）：当被监控的Redis服务器出现问题时，Sentinel可以通过API向管理员或者其他应用程序发送通知。
• 自动故障迁移（Automatic failover）：当一个主服务器不能正常工作时，Sentinel会开始一次自动故障迁移操作。

保证高可用，自动故障迁移，监控；但切换要时间，可能丢数据，没解决master写压力。

集群

• 集群（Redis Cluster）采用无中心结构，每个节点保存数据、集群状态，并和其它所有节点连接。
• 动态扩展性。
• 高可用性。
• 自动故障迁移（Automatic failover）。
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Java使用Redis

• Java使用Redis的方案有很多，例如：Jedis、Lettuce、Redisson等等。
• 而SpringBoot默认集成Redis就是Spring Data Redis，底层使用的则Lettuce。
• SpringBoot集成Redis步骤：
  • 添加Maven依赖。
  • 进行Redis配置。
  • 编写Redis配置类。
  • 借助RedisTemplate或StringRedisTemplate完成操作。
    
    
    

缓存

缓存雪崩

- 他指缓存中大量热点数据过期后系统涌入大量查询请求，这些请求可能直接作用于数据库，造成查询堵塞甚至宕机。
- 解决办法：
	- 将缓存失效时间分散开，比如每个key的过期时间是随机。
	- 让Redis数据永不过期（在业务允许的情况下，比如一些不常改变的数据）。

缓存击穿：

• 他类似于缓存雪崩，但他是针对一个Key，当该值失效时，持续的大并发的请求就穿过缓存，直接作用于数据库。

缓存穿透：

• 他是指缓存和数据库中都没有的数据，而用户不断发起请求访问。
• 解决办法：
  • 将对应Key的值设置为null，再设置一个较短的有效时间。
  • 布隆过滤器。