Redis 是一种基于 key-value 的NoSQL数据库。Redis的全称是 Remote Dictionary Server。是一个基于内存的存储系统，可以用作缓存和消息中间件。支持多种类型的数据结构，如字符串（string）、哈希（hash）、列表（list）、集合（set）、有序集合（sorted set），在其基础之上还有一些扩展的数据结构，如位图（bitmap）、HyperLogLog、GEO 等数据结构。其内置了复制（replication）、事务（transaction）和磁盘持久化策略（persistence），并通过 Redis 哨兵（Sentinel）和自动分区（Cluster）提供高可用性。

简介

速度快

正常情况下，Redis 执行命令的速度非常快，官方给出的数字是读写性能可达10万/s，这是因为Redis的内部实现

1. Redis 是一个内存数据库，相较于传统的硬盘存储的数据库具有较高的读写性能。
2. 底层为 C 语言实现，针对不同的数据结构做了专门的设计和优化
3. 使用单线程结构+IO多路复用技术（Redis6.0使用多线程处理网络IO和命令执行）不需要频繁的进行线程间切换，且无需考虑加锁的问题，不存在死锁导致的消耗。https://redis.io/docs/getting-started/faq/ 是官方做出的解释。

功能丰富

相较于其他的内存数据库（Memcached），Redis 提供丰富的数据结构，和一系列的额外功能。

1. 键过期功能，可以用来实现缓存
2. 发布订阅功能，可以用来实现基本消息队列
3. 提供了简单的事务功能（不支持回滚），能在一定程度上保证事务的特性。
4. 支持 Lua 脚本功能，可以利用Lua创造出新的原子命令，处理复杂的业务逻辑。
5. 提供了流水线（PipeLine）功能，能将一批命令一次性传到 Redis，减少网络的开销。

持久化

一般来说不应该将重要数据放到内存中，应考虑发生断电或者机器故障导致的数据丢失。目前 Redis 提供两种可持久化方案：RDB 和 AOF ，可以用这两种策略将内存的数据保存到硬盘中，这就保证了数据的可知就化

redis持久化机制

Redis4.0 之后的版本还提供了 RDB-AOF 混合持久化格式，结合了两种持久化存储的优点。

主从复制

Redis 提供了主从复制的功能（Memcache不支持复制功能），实现了多个相同数据的Redis副本，复制功能是分布式 Redis的基础

高可用及分布式

Redis从2.8版本开始正式提供了高可用实现的 Redis Sentinel，能够保证 Redis 节点的故障发现和故障自动转移。

Redis 从 3.0版本正式提供了分布式实现Redis Cluster，它是Redis真正的分布式实现，提供了高可用性、读写和容量的扩展。

使用

安装及启动

• 包管理工具

1
2
3
4
5
6
7

# ubuntu/debian
sudo apt-get install redis-server

# macos
brew install redis
# 指定版本
brew install redis@x.x

• 编译安装

1
2
3
4
5
6

# 最新稳定版本redis-6.2.6
wget https://download.redis.io/releases/redis-6.2.6.tar.gz
tar xzf redis-6.2.6.tar.gz
cd redis-6.2.6
make
make install

• 启动

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10

# 指定参数
redis-server --configKey1 configValue1 --configKey2 configValue2
# 指定端口
redis-server --port 6380
# 以守护进程运行
redis-server --daemonize yes
# 指定log文件
redis-server --logfile $(LOG_FILE)
# 设置密码
redis-server --requirepass xxx

常用命令

字符串

Redis 字符串数据类型的相关命令用于管理 redis 字符串值

redis 127.0.0.1:6379> SET runoobkey redis
OK
redis 127.0.0.1:6379> GET runoobkey
"redis"

https://www.runoob.com/redis/redis-strings.html

哈希

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

127.0.0.1:6379>  HMSET runoobkey name "redis tutorial" description "redis basic commands for caching" likes 20 visitors 23000
OK
127.0.0.1:6379>  HGETALL runoobkey
1) "name"
2) "redis tutorial"
3) "description"
4) "redis basic commands for caching"
5) "likes"
6) "20"
7) "visitors"
8) "23000"

https://www.runoob.com/redis/redis-hashes.html

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 runoobkey redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH runoobkey mongodb
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH runoobkey mysql
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE runoobkey 0 10

1) "mysql"
2) "mongodb"
3) "redis"

https://www.runoob.com/redis/redis-lists.html

集合

Redis 的 Set 是 String 类型的无序集合。集合成员是唯一的，这就意味着集合中不能出现重复的数据。

集合对象的编码可以是 intset 或者 hashtable。

redis 127.0.0.1:6379> SADD runoobkey redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD runoobkey mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD runoobkey mysql
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD runoobkey mysql
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS runoobkey

1) "mysql"
2) "mongodb"
3) "redis"

https://www.runoob.com/redis/redis-sets.html

有序集合

Redis 有序集合和集合一样也是 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。

有序集合的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。

redis 127.0.0.1:6379> ZADD runoobkey 1 redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD runoobkey 2 mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD runoobkey 3 mysql
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> ZADD runoobkey 3 mysql
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> ZADD runoobkey 4 mysql
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> ZRANGE runoobkey 0 10 WITHSCORES

1) "redis"
2) "1"
3) "mongodb"
4) "2"
5) "mysql"
6) "4"

https://www.runoob.com/redis/redis-sorted-sets.html

HyperLogLog

Redis HyperLogLog 是用来做基数统计的算法，HyperLogLog 的优点是，在输入元素的数量或者体积非常非常大时，计算基数所需的空间总是固定 的、并且是很小的。

在 Redis 里面，每个 HyperLogLog 键只需要花费 12 KB 内存，就可以计算接近 2^64 个不同元素的基 数。这和计算基数时，元素越多耗费内存就越多的集合形成鲜明对比。

redis 127.0.0.1:6379> PFADD runoobkey "redis"
1) (integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PFADD runoobkey "mongodb"
1) (integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PFADD runoobkey "mysql"
1) (integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PFCOUNT runoobkey
(integer) 3

https://www.runoob.com/redis/redis-hyperloglog.html

发布/订阅

Redis支持简单的消息机制，可以使用pub/sub命令实现

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12

# 发布消息
PUBLISH channel message

# 订阅频道
SUBCRIBE channel1 [channel2 ...]
# 取消订阅
UNSUBSCRIBE channel1 [channel2 ...]

# glob风格的模型订阅模式，可以实现广播
PSUBCRIBE pattern1 [pattern2 ...]
# 取消模式订阅
PUNSUBCRIBE pattern1 [pattern2 ...]

应用

缓存

缓存设计

收益：数据存在内存中，读速快，同时降低了后端访问的负担。

成本：数据不一致，缓存层会存在数据不一致的问题。为了解决这个问题代码逻辑需要变得更复杂。

缓存更新策略

1. 依赖淘汰策略剔除数据

当内存超过预先设定 maxmemroy 配置的值时，Redis 会使用自身的 LRU/LFU 算法剔除数据。无法控制数据什么时候删除。

2. 依赖过期策略剔除数据

对每个数据都设置超时时间，到期后Redis会自动删除数据，虽然在一定的时间窗口内会存在数据不一致的问题，但可以保证最终一致性。如果业务不要求强一致性，就可以采用这种策略。

3. 主动更新

• 先写缓存，再写数据库（不建议使用）

写缓存成功，写数据库失败，客户端会读到脏数据。

• 先写数据库，再写缓存（不是特别建议）

比如如下的场景。

客户B更新数据更晚，但是从缓存中取到的是客户A更新的数据。

缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩

• 缓存穿透

使用 Redis 大部分情况是通过 Key 查询对应的值，加入发送的请求传进来的Key不存在Redis中，那么就查不到缓存，查不到就会去数据库查，如果数据库也不存在的话，大量的请求就会打到数据库上，这种现象叫做缓存穿透，这种现象一般是由于程序逻辑错误或者恶意请求导致的。

解决方案：缓存空值、使用布隆过滤器

• 缓存击穿

缓存击穿是一个热点的 Key，有大并发集中对其进行访问，但是突然这个Key失效了，导致大并发打在数据库上，导致数据库压力剧增。这种现象叫做缓存击穿。

解决方案：

1. 不设置失效时间
2. 使用分布式锁，保证对于一个Key同时只有一个线程去查询后端的服务。如果是非分布式场景，或使用 singleflight

• 缓存雪崩

当某个时刻出现大规模的缓存失效的情况，会导致大量的请求直接打在数据库上面，导致数据库压力巨大，如果在高并发的情况下，可能瞬间就会导致数据库宕机。即便重启了数据库，新的流量还是会把数据库打死

解决方案：

1. 过期时间加一个随机值，避免大量的key同时失效
2. 使用 Redis 集群，增加系统可用性

分布式锁

redis上运行的多线程程序来说，锁本身可以使用一个变量表示。变量为0便是没有线程获取到锁，变量变为1时，表示有线程获取到锁。

使用 SETNX 命令，他用于设置键值对的值，具体来说就是在执行命令时判断键值对是否存在，如果不存在，就设置键值对的值，如果存在，就不做任何操作设置。

1
2
3
4
5
6

// 加锁
SETNX lock_key 1
// 业务逻辑
DO THINGS
// 释放锁
DEL lock_key

不过这有一个问题，一个具体的场景，如果客户端A执行了SETNX命令加锁后，客户端B执行了DEL命令释放锁。此时，客户端A加的锁就被误释放了。

所以需要value能标识是哪个客户端此时持有锁。

// 加锁, unique_value作为客户端唯一性的标识
SET lock_key unique_value NX PX 10000

unique_value 是客户端的唯一标识，可以用一个随机生成的字符串来表示，PX 10000 标识 lock_key 会在 10s 后过期，以免客户端在此期间发生异常而无法正常释放锁。