從個人電腦上的軟件到基于計算機網(wǎng)絡(luò)的分布式系統(tǒng)，存儲系統(tǒng)更是基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，而且還承擔(dān)著整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)責(zé)任。

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應(yīng)用程序離不開數(shù)據(jù)存儲，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的誕生為軟件系統(tǒng)的發(fā)展揭開了一個新的時代，而互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫——NoSQL，提供了廣泛的應(yīng)用場景。

NoSQL 技術(shù)與高伸縮性無縫融合，很多技術(shù)同時具備了高分布性和高性能, 也是大數(shù)據(jù)分析的存儲基石。大多數(shù)時間里，它們使 現(xiàn)有RDBMS 技術(shù)所實現(xiàn)的架構(gòu)更加完整，例如 作為緩存服務(wù)器，搜索引擎，非結(jié)構(gòu)化存儲，易變信息存儲等。大約可以分為4類：

• Key/value型NoSQL
• 列存儲型NoSQL
• 面向文檔的存儲型NoSQL
• 圖存儲型NoSQL

關(guān)于這些NoSQL 的應(yīng)用場景可以參見《NoSQL 之于大數(shù)據(jù)》。

面對這些NoSQL， 如果只需掌握一種NoSQL，那可能就是key/value型的Redis了。

什么是Redis

Redis 是一個開源(BSD許可)的，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)，它可以用作數(shù)據(jù)庫、緩存和消息中間件。

它支持多種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如字符串， 散列， 列表， 集合， 有序集合與范圍查詢， bitmaps， hyperloglogs 和 地理空間(geospatial) 索引半徑查詢。

Redis 內(nèi)置了復(fù)制，LUA腳本， LRU驅(qū)動事件，事務(wù)和不同級別的磁盤持久化， 并通過 Redis哨兵(Sentinel)和自動分區(qū)(Cluster)提供高可用性。

以上來自redis.cn 上的介紹，簡單的說，Redis是一個支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且能夠持久化的高性能NoSQL 數(shù)據(jù)庫。

Redis 的存儲實現(xiàn)

Redis作為一個性能高達10萬qps的key/value存儲類型的NoSQL數(shù)據(jù)庫，大致的存儲實現(xiàn)體系如下：

一個RedisServer包含了N個redisDb，redisDb有dict的指針和失效時間的指針，核心是dictEntry 指針鏈表的指針，每一個具體的dictEntry鏈表節(jié)點存儲了任意類型的key 和 value，不論是key還是value 都可以是redisObject?？梢哉J為，指針鏈表的特性對redis的性能做出重要的作用。

Redis 中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與存儲實現(xiàn)關(guān)系如下：

INT壓縮存儲String，常量數(shù)字對象是共享的。SDS 存儲string，變長的字符數(shù)組以及共享的常用字符串等。雙端列表LINKEDLIST來存儲list，支持雙向遍歷。HT是hash表，存儲set和hash，根據(jù)填充率縮放，支持事件觸發(fā)。INTSET壓縮存儲set，編碼為int16_t/ int32_t/ int64_t。SKIPLIST存儲有序集，聯(lián)合dict處理zset。ZIPLIST通過雙端指針壓縮存儲hash、list和zset。

Redis存儲實現(xiàn)中的網(wǎng)絡(luò)模型支持Epoll/Select/Kqueue等，事件模型主要是TimeEvent/FileEvent。由于FileEvent處理器是單線程的，所以 redis 是單線程的模型。Redis 單線程模型是純內(nèi)存操作，核心是基于非阻塞的 IO 多路復(fù)用機制，單線程反而避免了多線程的頻繁上下文切換問題，因而整體的存儲實現(xiàn)性能很高。

Redis 的常見命令集

Redis 簡潔易用，為了方便記憶，命令集分類如下：

訪問Redis的客戶端類型豐富，幾乎涵蓋了大多數(shù)的主流編程語言：

Redis 的集群部署

Redis 自2.4 版本開始就可以在生產(chǎn)環(huán)境上穩(wěn)定可用了，在2.6版本引入了Lua腳本和Watch dog，2.8版本對主從同步進行了優(yōu)化，并開始支持Sentinel 和 HyperLog。Redis 2.x 的集群主要是通過主從同步實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)是異步復(fù)制和增量同步。

有限狀態(tài)機在主從同步和數(shù)據(jù)持久化方面起到了重要的作用。數(shù)據(jù)持久化是通過快照實現(xiàn)的，通信協(xié)議是RESP，一種便于實現(xiàn)和理解的二進制安全協(xié)議。AOF 最終通過fsync寫入磁盤實現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久化。

從3.0開始，Redis 支持cluster，cluster內(nèi)部的各節(jié)點間采用的Gossip分布式協(xié)議。通過多數(shù)原則判斷節(jié)點是否宕機，由gossip協(xié)議傳播判活信息，選舉出新的替代者，由gossip協(xié)議傳播選舉結(jié)果。

Redis 集群可以實現(xiàn)自動故障切換，副本遷移和在線的重新分片。分片變化，數(shù)據(jù)遷移同樣通過gossip協(xié)議達成一致。

然而，Redis cluster 同樣存在著不足，例如隨著節(jié)點的增加，故障切換會有大幅的增加，gossip傳播信息需要一段時間，整機房切換比較慢。按key同步阻塞的遷移對讀寫影響較大，Gossip協(xié)議的調(diào)試非常困難，給故障的排除會帶來諸多的不便。

關(guān)注redis 的官方網(wǎng)站，可以看到redis 4.0 以來的諸多新變化。

Redis 的常見應(yīng)用

Redis 的應(yīng)用十分廣泛，在key/value 的NoSQL中有著突出的性能體現(xiàn)，甚至和文檔型NoSQL——MongoDB 在某些方面有著類似的作用。Redis, Memcache和MongoDB 的對比如下圖所示：

根據(jù)用戶標識獲取用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中是一種常見的場景，這類數(shù)據(jù)具有讀寫量大，但單條數(shù)據(jù)不長，并且對某些字段經(jīng)常進行更新等特點，一般都會使用redis 這樣類型key/value 數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)。Redis在內(nèi)存中對數(shù)字進行遞增或遞減的操作實現(xiàn)的非常好。集合(Set)和有序集合(Sorted Set)也使得在執(zhí)行這些操作時非常簡單，Redis正好提供了這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因而對排行榜類的場景

對于分布式鎖的業(yè)務(wù)，Redis 可以提供高性能的分布式鎖服務(wù)，例如電商業(yè)務(wù)的秒殺場景，全局自增ID等等。

對于系統(tǒng)架構(gòu)而言， Redis 有時候甚至成為了緩存的代名詞，關(guān)于Redis 在分布式緩存方面的各種應(yīng)用，可以參考《深入分布式緩存——從原理到應(yīng)用》一書中的諸多章節(jié)。

深入Redis，還可以發(fā)現(xiàn)很多有趣的用法，例如將redis 作為消息隊列等等，一文難以描述Redis，但可以作為全棧需要掌握的一個基礎(chǔ)。

【參考閱讀】

https://www.redislabs.com/

https://www.redis.io/

http://www.redis.cn/