Redis 总体介绍

Redis 是 key-value 型的 memory 缓存中间件，置信大部分程序员都在我的项目中应用过它。咱们也能够利用 memory 来实现缓存，只是应用 redis 的话，能够将缓存性能对立到一个组件里，不便后续重用拓展。

在底层上，redis 应用了 IO 多路复用技术，像 select、epoll 等。能较好的保障吞吐量。而且 redis 采纳了单线程解决申请，防止了线程切换和锁竞争锁带来的额定耗费。

加上 redis 自身也对一些数据结构进行了优化设计，所以 redis 的性能十分好，官网给出的测试报告是单机能够反对约 10w/s 的 QPS。

Redis 通信协议

redis 是基于 tcp 长连贯的 C/S 架构，采纳的是文本序列化协定，并且和 http 一样，也是一个申请一个响应，客户端接到响应后再持续申请。

当然，也能够将屡次申请发送过来，而后一次响应回所有执行后果，这就是所谓的管道 pipeline 技术。

redis 的文本序列化协定比较简单，通过一些标准格局去解析文本，大略如下：

• \r\n 示意解析完结
• 简略字符串，以“+”结尾
• 谬误 Errors，以“-”结尾
• 整数类型，以“:”结尾
• 大字符串类型，以“$”结尾
• 数组类型，以“*”结尾

例如，客户端向服务器发送命令：

SET key value

将被解析为：

*3\r\n$3\r\nSET\r\n$3\r\nkey\r\n$5\r\nvalue\r\n

下面的命令能够看成：

*< 参数数量 > CR LF

$< 参数 1 的字节数量 > CR LF
< 参数 1 的数据 > CR LF
...
$< 参数 N 的字节数量 > CR LF
< 参数 N 的数据 > CR LF

而服务器的回复则有很多类型，个别由响应数据的第一个字节决定：

状态回复（status reply）的第一个字节是 "+"

谬误回复（error reply）的第一个字节是 "-"

整数回复（integer reply）的第一个字节是 ":"

批量回复（bulk reply）的第一个字节是 "$"

多条批量回复（multi bulk reply）的第一个字节是 "*"

例如，响应回来的状态回复如下：

+OK

redis 的数据结构

为了让开发者能更好的应用缓存，redis 反对了 5 种数据类型。底层是由 6 种数据结构组成的。

5 种数据类型

字符串：字符串类型是 redis 里最根底的数据类型，像 set name "hello" 操作后，在 get name 时返回的就是字符串，而且还反对了对位的操作。个别一个键能存储 512MB 的值。

hash：哈希类型次要是用来存储对象的，个别咱们如果有一整个对象要存储，外面蕴含了多个字段，则能够应用 hash 来存储，因为 redis 提供了对这些字段的提取和设置，缩小了开发者对它的二次解决，比方序列化反序列化操作。

list：一个简略的字符串列表，它容许咱们从两端进行 push，pop 操作, 还反对肯定范畴的列表元素。能够看成是双向列表。

set：汇合是一个不反复值的组合，为咱们提供了交加、并集、差集等操作，像找出独特好友这种需要就能够应用汇合操作了。

sorted set：有序汇合，在下面汇合的根底上提供了排序功能，通过一个 score 属性来进行排序。

6 种底层数据结构

下面的数据类型实际上在 redis 底层是有对应的数据结构来实现的，都是 redis 通过精心设计的，能很好的进步解决效率。

简略动静字符串：redis 是应用 C 语言写的，而 C 语言里的字符串类型比拟原始，比方应用 \0 作为字符结束符。所以 redis 实现了属于本人的字符串类型，比方字符串长度，事后分配内存，动静拓展等特点，也保障了解决安全性。

链表：一个双端链表，有 prev，next 指针去获取前后节点，带有 len 属性，能保留多种类型的值。

字典 ：通过哈希算法来实现 key-value 的映射操作，采纳 链地址法 解决了 hash 抵触，个别工夫复杂度能达到 O(1)。

跳跃表：一个多层有序链表，每一层都是对上面一层的有序提取，能升高搜寻次数，有点像有序二叉树的搜寻一样。

整数汇合：一个有序的整数汇合，不会有反复元素。

压缩列表(ziplist)：通过非凡编码的一块间断内存，能无效的节俭内存。

疾速列表：将 ziplist 组织为了一个双向链表，因为 ziplist 的外部连续性，能升高链表的内存碎片问题，进步内存利用率。

redis 的淘汰策略

redis 的淘汰策略次要是 LRU 淘汰、TTL 淘汰和随机淘汰这三种机制。

• LRU 淘汰：最近起码应用的淘汰掉
• TTL 淘汰：越早过期的越先淘汰掉。
• 随机淘汰：采纳随机算法淘汰掉。

因为 redis 能够对键设置过期工夫，也能够不设置，所以淘汰策略还得再细分：

• volatile-lru：针对设置了过期工夫的 key 执行 LRU 淘汰策略，没有设置过期工夫的不会被淘汰。
• volatile-ttl：只针对设置了过期工夫的 key 执行 TTL 淘汰。
• volatile-random：只针对设置了过期工夫的 key 执行随机淘汰。
• allkeys-lru：针对所有键进行 LRU 淘汰策略
• allkeys-random：针对所有键进行随机淘汰策略
• no-enviction：不执行淘汰策略，如果有写入操作，则报错；读申请能够持续进行。

在 Redis 的配置文件 redis.conf 里咱们能够进行淘汰策略的设置：

# 数据达到多大后执行淘汰策略
maxmemory 300mb

# 淘汰策略的设置
maxmemory-policy volatile-lru

Redis 应用场景

Redis 的应用场景有很多，最罕用的莫过于数据缓存了。但因为它提供了多种数据类型，因而咱们还能够进行其余场景的开发，比方：

• 排行榜：后面提到过有序汇合（sorted set），因为每次写入都会进行排序，而且不含反复值，所以咱们能够将用户的惟一标识，比方 userId 作为 key，分数作为 score，而后就能够进行 ZADD 操作，以失去排行榜。
• 签到：签到往往只有 2 种状态，已签到和未签到。这就跟 0 和 1 一样，所以 redis 的 setbit、getbit 这种对位的操作就适宜签到场景。
• 计数：redis 是单线程操作，这种计数性能，比方点赞数、粉丝数的操作能够交给 redis 以防止并发竞争问题。当然，也得思考长久化问题。

对于分布式锁

有的时候咱们可能会应用 redis 作为分布式锁的辅助应用，通过对 redis 操作响应以判断以后是否能够获取到锁。

不过这样的解决方案会有单节点的瓶颈，如果 redis 宕机了，就会导致锁的不可用。

有的敌人可能会说 redis 也有它的高可用计划。但实际上 redis 的高可用计划还是不适宜分布式锁的利用，会有多节点同时获取到锁的危险。

如果真的须要比拟谨严的分布式锁，还是得应用 zookeeper 或 etcd等分布式协调计划，能保障强一致性。

Redis 应用留神点

缓存雪崩和穿透

Redis 通过缓存冗余的数据，为咱们的程序提供了高性能的保障。但须要留神的是一旦缓存生效，那么就会有大量的申请过去，压垮零碎，这就是缓存雪崩。

除了缓存雪崩，还有缓存穿透的可能。比方每次拜访不一样的数据，则申请还是会落到前方。

为了避免缓存雪崩，咱们能够对申请做管制，比方退出到音讯队列，缓缓消化它；又或者间接开启限流性能，将流量管制在正当的范畴内。

而针对缓存穿透，咱们能够建设黑白名单，将一些歹意申请拎进去，而后间接回绝掉。如果是失常的申请，那能够将筛选进去的后果也临时缓存起来，即便失去的值是 NULL 值。

数据并发问题

因为 Redis 是以组件模式存在，所以实际上咱们的程序通信能够认为是分布式的了，也就是会有缓存和后端数据一致性的问题。

常见的做法是在有新数据到来时，将缓存 key 删除掉，期待下次的查问从新填补上缓存。

之所以在更新数据时不让 Redis 也做更新动作，是为了避免多个更新动作一起产生，可能因为网络起因，导致后更新的比后面更新的先一步达到 Redis，这样就会跟原来的流程不一样了。所以只采取了删除动作，不做其余。

不过，就算是删除 key 这种计划也有肯定概率跟下面的状况一样，真的要谨严的话，个别会设置定时过期工夫，让数据最多在这段时间不统一。

总结

Redis 的应用很简略，但实际上波及的常识挺多的，特地须要留神它的并发数据统一问题。只有理解 Redis 越多，咱们能力更好的把握它，更多细节大伙能够自行深刻理解，心愿本文能帮到大家，谢谢！

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