Redis 簡介

Redis 是完全開源免費的，遵守 BSD 協(xié)議，是一個高性能的 key - value 數(shù)據(jù)庫

Redis 與 其他 key - value 緩存產(chǎn)品有以下三個特點：

•  Redis 支持數(shù)據(jù)持久化，可以將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保存在磁盤中，重啟的時候可以再次加載進行使用。
•  Redis 不僅僅支持簡單的 key - value 類型的數(shù)據(jù)，同時還提供 list，set，zset，hash 等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲
•  Redis 支持數(shù)據(jù)的備份，即 master - slave 模式的數(shù)據(jù)備份

Redis 優(yōu)勢

•  性能極高 – Redis 讀的速度是 110000 次 /s, 寫的速度是 81000 次 /s 。
•  豐富的數(shù)據(jù)類型 - Redis 支持二進制案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 數(shù)據(jù)類型操作。
•  原子性 - Redis 的所有操作都是原子性的，意思就是要么成功執(zhí)行要么失敗完全不執(zhí)行。單個操作是原子性的。多個操作也支持事務(wù)，即原子性，通過 MULTI 和 EXEC 指令包起來。
•  其他特性 - Redis 還支持 publish/subscribe 通知，key 過期等特性。

Redis 數(shù)據(jù)類型

Redis 支持 5 中數(shù)據(jù)類型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合），zset（sorted set：有序集合）

string

string 是 redis 最基本的數(shù)據(jù)類型。一個 key 對應(yīng)一個 value。

string 是二進制安全的。也就是說 redis 的 string 可以包含任何數(shù)據(jù)。比如 jpg 圖片或者序列化的對象。

string 類型是 redis 最基本的數(shù)據(jù)類型，string 類型的值最大能存儲 512 MB。

理解：string 就像是 java 中的 map 一樣，一個 key 對應(yīng)一個 value

 

127.0.0.1:6379> set hello world  
OK  
127.0.0.1:6379> get hello  
"world" 

hash

Redis hash 是一個鍵值對（key - value）集合。Redis hash 是一個 string 類型的 key 和 value 的映射表，hash 特別適合用于存儲對象。

理解：可以將 hash 看成一個 key - value 的集合。也可以將其想成一個 hash 對應(yīng)著多個 string。

與 string 區(qū)別：string 是 一個 key - value 鍵值對，而 hash 是多個 key - value 鍵值對。

 

// hash-key 可以看成是一個鍵值對集合的名字,在這里分別為其添加了 sub-key1 : value1、  
sub-key2 : value2、sub-key3 : value3 這三個鍵值對  
127.0.0.1:6379> hset hash-key sub-key1 value1  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> hset hash-key sub-key2 value2  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> hset hash-key sub-key3 value3  
(integer) 1  
// 獲取 hash-key 這個 hash 里面的所有鍵值對  
127.0.0.1:6379> hgetall hash-key  
1) "sub-key1"  
2) "value1"  
3) "sub-key2" 
4) "value2"  
5) "sub-key3"  
6) "value3"  
// 刪除 hash-key 這個 hash 里面的 sub-key2 鍵值對  
127.0.0.1:6379> hdel hash-key sub-key2  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> hget hash-key sub-key2  
(nil)  
127.0.0.1:6379> hget hash-key sub-key1  
"value1"  
127.0.0.1:6379> hgetall hash-key  
1) "sub-key1"  
2) "value1"  
3) "sub-key3"  
4) "value3" 

list

Redis 列表是簡單的字符串列表，按照插入順序排序。我們可以網(wǎng)列表的左邊或者右邊添加元素。

 

127.0.0.1:6379> rpush list-key v1  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> rpush list-key v2  
(integer) 2  
127.0.0.1:6379> rpush list-key v1  
(integer) 3  
127.0.0.1:6379> lrange list-key 0 -1  
1) "v1"  
2) "v2"  
3) "v1"  
127.0.0.1:6379> lindex list-key 1  
"v2"  
127.0.0.1:6379> lpop list  
(nil)  
127.0.0.1:6379> lpop list-key  
"v1"  
127.0.0.1:6379> lrange list-key 0 -1  
1) "v2"  
2) "v1" 

我們可以看出 list 就是一個簡單的字符串集合，和 Java 中的 list 相差不大，區(qū)別就是這里的 list 存放的是字符串。list 內(nèi)的元素是可重復(fù)的。

set

redis 的 set 是字符串類型的無序集合。集合是通過哈希表實現(xiàn)的，因此添加、刪除、查找的復(fù)雜度都是 O（1）

 

127.0.0.1:6379> sadd k1 v1 
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> sadd k1 v2  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> sadd k1 v3  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> sadd k1 v1  
(integer) 0  
127.0.0.1:6379> smembers k1  
1) "v3"  
2) "v2"  
3) "v1"  
127.0.0.1:6379>  
127.0.0.1:6379> sismember k1 k4  
(integer) 0  
127.0.0.1:6379> sismember k1 v1  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> srem k1 v2  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> srem k1 v2  
(integer) 0  
127.0.0.1:6379> smembers k1  
1) "v3"  
2) "v1" 

redis 的 set 與 java 中的 set 還是有點區(qū)別的。

redis 的 set 是一個 key 對應(yīng)著 多個字符串類型的 value，也是一個字符串類型的集合，但是和 redis 的 list 不同的是 set 中的字符串集合元素不能重復(fù)，但是 list 可以。

Zset

redis zset 和 set 一樣都是 字符串類型元素的集合，并且集合內(nèi)的元素不能重復(fù)。

不同的是，zset 每個元素都會關(guān)聯(lián)一個 double 類型的分數(shù)。redis 通過分數(shù)來為集合中的成員進行從小到大的排序。

zset 的元素是唯一的，但是分數(shù)（score）卻可以重復(fù)。

 

127.0.0.1:6379> zadd zset-key 728 member1  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> zadd zset-key 982 member0  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> zadd zset-key 982 member0  
(integer) 0  
127.0.0.1:6379> zrange zset-key 0 -1 withscores  
1) "member1"  
2) "728"  
3) "member0"  
4) "982"  
127.0.0.1:6379> zrangebyscore zset-key 0 800 withscores  
1) "member1"  
2) "728"  
127.0.0.1:6379> zrem zset-key member1  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> zrem zset-key member1  
(integer) 0  
127.0.0.1:6379> zrange zset-key 0 -1 withscores  
1) "member0"  
2) "982" 

zset 是按照分數(shù)的大小來排序的。

發(fā)布訂閱

一般不用 Redis 做消息發(fā)布訂閱。

簡介

Redis 發(fā)布訂閱 (pub/sub) 是一種消息通信模式：發(fā)送者 (pub) 發(fā)送消息，訂閱者 (sub) 接收消息。

Redis 客戶端可以訂閱任意數(shù)量的頻道。

下圖展示了頻道 channel1 ， 以及訂閱這個頻道的三個客戶端 —— client2 、 client5 和 client1 之間的關(guān)系：

學(xué)Redis這篇就夠了

當有新消息通過 PUBLISH 命令發(fā)送給頻道 channel1 時， 這個消息就會被發(fā)送給訂閱它的三個客戶端：

學(xué)Redis這篇就夠了

實例

以下實例演示了發(fā)布訂閱是如何工作的。在我們實例中我們創(chuàng)建了訂閱頻道名為 redisChat: 

127.0.0.1:6379> SUBsCRIBE redisChat  
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)  
1) "subscribe"  
2) "redisChat" 

現(xiàn)在，我們先重新開啟個 redis 客戶端，然后在同一個頻道 redisChat 發(fā)布兩次消息，訂閱者就能接收到消息。 

127.0.0.1:6379> PUBLISH redisChat "send message"  
(integer) 1  
127.0.0.1:6379> PUBLISH redisChat "hello world"  
(integer) 1  
# 訂閱者的客戶端顯示如下  
1) "message"  
2) "redisChat"  
3) "send message"  
1) "message"  
2) "redisChat"  
3) "hello world" 

事務(wù)

redis 事務(wù)一次可以執(zhí)行多條命令，服務(wù)器在執(zhí)行命令期間，不會去執(zhí)行其他客戶端的命令請求。

事務(wù)中的多條命令被一次性發(fā)送給服務(wù)器，而不是一條一條地發(fā)送，這種方式被稱為流水線，它可以減少客戶端與服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)通信次數(shù)從而提升性能。

Redis 最簡單的事務(wù)實現(xiàn)方式是使用 MULTI 和 EXEC 命令將事務(wù)操作包圍起來。

•  批量操作在發(fā)送 EXEC 命令前被放入隊列緩存。
•  收到 EXEC 命令后進入事務(wù)執(zhí)行，事務(wù)中任意命令執(zhí)行失敗，其余命令依然被執(zhí)行。也就是說 Redis 事務(wù)不保證原子性。
•  在事務(wù)執(zhí)行過程中，其他客戶端提交的命令請求不會插入到事務(wù)執(zhí)行命令序列中。

一個事務(wù)從開始到執(zhí)行會經(jīng)歷以下三個階段：

•  開始事務(wù)。
•  命令入隊。
•  執(zhí)行事務(wù)。

實例

以下是一個事務(wù)的例子， 它先以 MULTI 開始一個事務(wù)， 然后將多個命令入隊到事務(wù)中， 最后由 EXEC 命令觸發(fā)事務(wù)， 一并執(zhí)行事務(wù)中的所有命令： 

redis 127.0.0.1:6379> MULTI  
OK  
redis 127.0.0.1:6379> SET book-name "Mastering C++ in 21 days"  
QUEUED  
redis 127.0.0.1:6379> GET book-name  
QUEUED  
redis 127.0.0.1:6379> SADD tag "C++" "Programming" "Mastering Series"  
QUEUED  
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS tag  
QUEUED  
redis 127.0.0.1:6379> EXEC  
1) OK  
2) "Mastering C++ in 21 days"  
3) (integer) 3  
4) 1) "Mastering Series"  
 2) "C++"  
 3) "Programming" 

單個 Redis 命令的執(zhí)行是原子性的，但 Redis 沒有在事務(wù)上增加任何維持原子性的機制，所以 Redis 事務(wù)的執(zhí)行并不是原子性的。

事務(wù)可以理解為一個打包的批量執(zhí)行腳本，但批量指令并非原子化的操作，中間某條指令的失敗不會導(dǎo)致前面已做指令的回滾，也不會造成后續(xù)的指令不做。

這是官網(wǎng)上的說明 From redis docs on transactions:

It's important to note that even when a command fails, all the other commands in the queue are processed – Redis will not stop the processing of commands.

比如： 

redis 127.0.0.1:7000> multi  
OK  
redis 127.0.0.1:7000> set a aaa  
QUEUED  
redis 127.0.0.1:7000> set b bbb  
QUEUED  
redis 127.0.0.1:7000> set c ccc  
QUEUED  
redis 127.0.0.1:7000> exec  
1) OK  
2) OK  
3) OK 

如果在 set b bbb 處失敗，set a 已成功不會回滾，set c 還會繼續(xù)執(zhí)行。

Redis 事務(wù)命令

下表列出了 redis 事務(wù)的相關(guān)命令：

序號命令及描述：

1. DISCARD 取消事務(wù)，放棄執(zhí)行事務(wù)塊內(nèi)的所有命令。

2. EXEC 執(zhí)行所有事務(wù)塊內(nèi)的命令。

3. MULTI 標記一個事務(wù)塊的開始。

4. UNWATCH 取消 WATCH 命令對所有 key 的監(jiān)視。

5. WATCH key [key …]監(jiān)視一個 (或多個) key ，如果在事務(wù)執(zhí)行之前這個 (或這些) key 被其他命令所改動，那么事務(wù)將被打斷。

持久化

Redis 是內(nèi)存型數(shù)據(jù)庫，為了保證數(shù)據(jù)在斷電后不會丟失，需要將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)持久化到硬盤上。

RDB 持久化

將某個時間點的所有數(shù)據(jù)都存放到硬盤上。

可以將快照復(fù)制到其他服務(wù)器從而創(chuàng)建具有相同數(shù)據(jù)的服務(wù)器副本。

如果系統(tǒng)發(fā)生故障，將會丟失最后一次創(chuàng)建快照之后的數(shù)據(jù)。

如果數(shù)據(jù)量大，保存快照的時間會很長。

AOF 持久化

將寫命令添加到 AOF 文件（append only file）末尾。

使用 AOF 持久化需要設(shè)置同步選項，從而確保寫命令同步到磁盤文件上的時機。

這是因為對文件進行寫入并不會馬上將內(nèi)容同步到磁盤上，而是先存儲到緩沖區(qū)，然后由操作系統(tǒng)決定什么時候同步到磁盤。

選項同步頻率always每個寫命令都同步eyerysec每秒同步一次no讓操作系統(tǒng)來決定何時同步

•  always 選項會嚴重減低服務(wù)器的性能
•  everysec 選項比較合適，可以保證系統(tǒng)崩潰時只會丟失一秒左右的數(shù)據(jù)，并且 Redis 每秒執(zhí)行一次同步對服務(wù)器幾乎沒有任何影響。
•  no 選項并不能給服務(wù)器性能帶來多大的提升，而且會增加系統(tǒng)崩潰時數(shù)據(jù)丟失的數(shù)量。

隨著服務(wù)器寫請求的增多，AOF 文件會越來越大。Redis 提供了一種將 AOF 重寫的特性，能夠去除 AOF 文件中的冗余寫命令。

復(fù)制

通過使用 slaveof host port 命令來讓一個服務(wù)器成為另一個服務(wù)器的從服務(wù)器。

一個從服務(wù)器只能有一個主服務(wù)器，并且不支持主主復(fù)制。

連接過程

•  主服務(wù)器創(chuàng)建快照文件，即 RDB 文件，發(fā)送給從服務(wù)器，并在發(fā)送期間使用緩沖區(qū)記錄執(zhí)行的寫命令。
•  快照文件發(fā)送完畢之后，開始像從服務(wù)器發(fā)送存儲在緩沖區(qū)的寫命令。
•  從服務(wù)器丟棄所有舊數(shù)據(jù)，載入主服務(wù)器發(fā)來的快照文件，之后從服務(wù)器開始接受主服務(wù)器發(fā)來的寫命令。
•  主服務(wù)器每執(zhí)行一次寫命令，就向從服務(wù)器發(fā)送相同的寫命令。

主從鏈

隨著負載不斷上升，主服務(wù)器無法很快的更新所有從服務(wù)器，或者重新連接和重新同步從服務(wù)器將導(dǎo)致系統(tǒng)超載。

為了解決這個問題，可以創(chuàng)建一個中間層來分擔(dān)主服務(wù)器的復(fù)制工作。中間層的服務(wù)器是最上層服務(wù)器的從服務(wù)器，又是最下層服務(wù)器的主服務(wù)器。

哨兵

Sentinel（哨兵）可以監(jiān)聽集群中的服務(wù)器，并在主服務(wù)器進入下線狀態(tài)時，自動從從服務(wù)器中選舉處新的主服務(wù)器。

分片

分片是將數(shù)據(jù)劃分為多個部分的方法，可以將數(shù)據(jù)存儲到多臺機器里面，這種方法在解決某些問題時可以獲得線性級別的性能提升。

假設(shè)有 4 個 Redis 實例 R0, R1, R2, R3, 還有很多表示用戶的鍵 user:1, user:2, … , 有不同的方式來選擇一個指定的鍵存儲在哪個實例中。

•  最簡單的是范圍分片，例如用戶 id 從 0 ~ 1000 的存儲到實例 R0 中，用戶 id 從 1001 ~ 2000 的存儲到實例 R1中，等等。但是這樣需要維護一張映射范圍表，維護操作代價高。
•  還有一種是哈希分片。使用 CRC32 哈希函數(shù)將鍵轉(zhuǎn)換為一個數(shù)字，再對實例數(shù)量求模就能知道存儲的實例。

根據(jù)執(zhí)行分片的位置，可以分為三種分片方式：

•  客戶端分片：客戶端使用一致性哈希等算法決定應(yīng)當分布到哪個節(jié)點。
•  代理分片：將客戶端的請求發(fā)送到代理上，由代理轉(zhuǎn)發(fā)到正確的節(jié)點上。
•  服務(wù)器分片：Redis Cluster。