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引言

在Web應用發展的初期，那時關係型資料庫受到了較為廣泛的關注和應用，原因是因為那時候Web站點基本上訪問和併發不高、互動也較少。而在後來，隨著訪問量的提升，使用關係型資料庫的Web站點多多少少都開始在效能上出現了一些瓶頸，而瓶頸的源頭一般是在磁碟的I/O上。而隨著網際網路技術的進一步發展，各種型別的應用層出不窮，這導致在當今雲端計算、大資料盛行的時代，對效能有了更多的需求，主要體現在以下四個方面：

1. 低延遲的讀寫速度：應用快速地反應能極大地提升使用者的滿意度
2. 支撐海量的資料和流量：對於搜尋這樣大型應用而言，需要利用PB級別的資料和能應對百萬級的流量
3. 大規模叢集的管理：系統管理員希望分散式應用能更簡單的部署和管理
4. 龐大運營成本的考量：IT部門希望在硬體成本、軟體成本和人力成本能夠有大幅度地降低

為了克服這一問題，NoSQL應運而生，它同時具備了高效能、可擴充套件性強、高可用等優點，受到廣泛開發人員和倉庫管理人員的青睞。

Redis是什麼

Redis是現在最受歡迎的NoSQL資料庫之一，Redis是一個使用ANSI C編寫的開源、包含多種資料結構、支援網路、基於記憶體、可選永續性的鍵值對儲存資料庫，其具備如下特性：

• 基於記憶體執行，效能高效
• 支援分散式，理論上可以無限擴充套件
• key-value儲存系統
• 開源的使用ANSI C語言編寫、遵守BSD協議、支援網路、可基於記憶體亦可持久化的日誌型、Key-Value資料庫，並提供多種語言的API

相比於其他資料庫型別，Redis具備的特點是：

• C/S通訊模型
• 單程序單執行緒模型
• 豐富的資料型別
• 操作具有原子性
• 持久化
• 高併發讀寫
• 支援lua指令碼

哪些大廠在使用Redis？

• github
• twitter
• 微博
• Stack Overflow
• 阿里巴巴
• 百度
• 美團
• 搜狐

Redis的應用場景有哪些？

Redis 的應用場景包括：快取系統（“熱點”資料：高頻讀、低頻寫）、計數器、訊息佇列系統、排行榜、社交網路和實時系統。

Redis的資料型別及主要特性

Redis提供的資料型別主要分為5種自有型別和一種自定義型別，這5種自有型別包括：String型別、雜湊型別、列表型別、集合型別和順序集合型別。

String型別：

它是一個二進位制安全的字串，意味著它不僅能夠儲存字串、還能儲存圖片、視訊等多種型別, 最大長度支援512M。

對每種資料型別，Redis都提供了豐富的操作命令，如：

• GET/MGET
• SET/SETEX/MSET/MSETNX
• INCR/DECR
• GETSET
• DEL

雜湊型別：

該型別是由field和關聯的value組成的map。其中，field和value都是字串型別的。

Hash的操作命令如下：

• HGET/HMGET/HGETALL
• HSET/HMSET/HSETNX
• HEXISTS/HLEN
• HKEYS/HDEL
• HVALS

列表型別：

該型別是一個插入順序排序的字串元素集合, 基於雙鏈表實現。

List的操作命令如下：

• LPUSH/LPUSHX/LPOP/RPUSH/RPUSHX/RPOP/LINSERT/LSET
• LINDEX/LRANGE
• LLEN/LTRIM

集合型別：

Set型別是一種無順序集合, 它和List型別最大的區別是：集合中的元素沒有順序, 且元素是唯一的。

Set型別的底層是通過雜湊表實現的，其操作命令為：

• SADD/SPOP/SMOVE/SCARD
• SINTER/SDIFF/SDIFFSTORE/SUNION

Set型別主要應用於：在某些場景，如社交場景中，通過交集、並集和差集運算，通過Set型別可以非常方便地查詢共同好友、共同關注和共同偏好等社交關係。

順序集合型別：

ZSet是一種有序集合型別，每個元素都會關聯一個double型別的分數權值，通過這個權值來為集合中的成員進行從小到大的排序。與Set型別一樣，其底層也是通過雜湊表實現的。

ZSet命令：

• ZADD/ZPOP/ZMOVE/ZCARD/ZCOUNT
• ZINTER/ZDIFF/ZDIFFSTORE/ZUNION

Redis的資料結構

Redis的資料結構如下圖所示：

關於上表中的部分釋義：

1. 壓縮列表是列表鍵和雜湊鍵的底層實現之一。當一個列表鍵只包含少量列表項，並且每個列表項要麼就是小整數，要麼就是長度比較短的字串，Redis就會使用壓縮列表來做列表鍵的底層實現
2. 整數集合是集合鍵的底層實現之一，當一個集合只包含整數值元素，並且這個集合的元素數量不多時，Redis就會使用整數集合作為集合鍵的底層實現

如下是定義一個Struct資料結構的例子：

簡單動態字串SDS (Simple Dynamic String)

基於C語言中傳統字串的缺陷，Redis自己構建了一種名為簡單動態字串的抽象型別，簡稱SDS，其結構如下：

SDS幾乎貫穿了Redis的所有資料結構，應用十分廣泛。

SDS的特點

和C字串相比，SDS的特點如下：

　　1. 常數複雜度獲取字串長度

　　　　Redis中利用SDS字串的len屬性可以直接獲取到所儲存的字串的長
　　　　度，直接將獲取字串長度所需的複雜度從C字串的O(N)降低到了O(1)。

　　2. 減少修改字串時導致的記憶體重新分配次數

　　　　通過C字串的特性，我們知道對於一個包含了N個字元的C字串來說，其底層實現總是N+1個字元長的陣列（額外一個空字元結尾）

　　　　那麼如果這個時候需要對字串進行修改，程式就需要提前對這個C字串陣列進行一次記憶體重分配（可能是擴充套件或者釋放）　

　　　　而記憶體重分配就意味著是一個耗時的操作。

Redis巧妙的使用了SDS避免了C字串的缺陷。在SDS中，buf陣列的長度不一定就是字串的字元數量加一，buf數組裡面可以包含未使用的位元組，而這些未使用的位元組由free屬性記錄。

與此同時，SDS採用了空間預分配的策略，避免C字串每一次修改時都需要進行記憶體重分配的耗時操作，將記憶體重分配從原來的每修改N次就分配N次——>降低到了修改N次最多分配N次。

如下是Redis對SDS的簡單定義：

Redis特性1：事務

• 命令序列化，按順序執行
• 原子性
• 三階段: 開始事務 - 命令入隊 - 執行事務
• 命令：MULTI/EXEC/DISCARD

Redis特性2：釋出訂閱(Pub/Sub)

• Pub/sub是一種訊息通訊模式
• Pub傳送訊息, Sub接受訊息
• Redis客戶端可以訂閱任意數量的頻道
• “fire and forgot”, 傳送即遺忘
• 命令：Publish/Subscribe/Psubscribe/UnSub

Redis特性3：Stream

• Redis 5.0新增
• 等待消費
• 消費組(組內競爭)
• 消費歷史資料
• FIFO

以上就是Redis的基本概念，下面我們將介紹在開發過程中可能會踩到的“坑”。

Redis常見問題解析：擊穿

概念：在Redis獲取某一key時, 由於key不存在, 而必須向DB發起一次請求的行為, 稱為“Redis擊穿”。

引發擊穿的原因：

• 第一次訪問
• 惡意訪問不存在的key
• Key過期

合理的規避方案：

• 伺服器啟動時, 提前寫入
• 規範key的命名, 通過中介軟體攔截
• 對某些高頻訪問的Key，設定合理的TTL或永不過期

Redis常見問題解析：雪崩

概念：Redis快取層由於某種原因宕機後，所有的請求會湧向儲存層，短時間內的高併發請求可能會導致儲存層掛機，稱之為“Redis雪崩”。

合理的規避方案：

• 使用Redis叢集
• 限流

Redis在產品開發中的應用實踐

為此，我很高興的為大家介紹，葡萄城架構師Jim將在2019-11-27 14：00 為大家帶來一場公開課，其中 Jim除了為大家講解Redis的基礎，同時也會實際演示他所在的專案組使用Redis時碰到的問題以及解決方案，對於剛接觸Redis的同學來說，更具參考意義和學習價值，歡迎大家屆時參加，公開課地址：https://live.vhall.com/661463644。

• 後端採用nodeJS
• 使用Azure的Redis服務
• Redis的使用場景

　　　　-  token快取, 用於令牌驗證

　　　　-  IP白名單

碰到的問題

• “網路抖動”或者Redis服務異常導致Redis訪問超時
• Redis客戶端驅動穩定性問題

　　　　-  連線池 “Broken connection” 問題

　　　　-  JS的Promise引出的Redis重置問題

下面我們來簡單瞭解一下Redis的進階知識。

進階之Redis協議簡介

Redis客戶端通訊協議：RESP(Redis Serialization Protocol)，其特點是：

• 簡單
• 解析速度快
• 可讀性好

Redis叢集內部通訊協議：RECP(Redis Cluster Protocol ) ，其特點是：

• 每一個node兩個tcp 連線
• 一個負責client-server通訊(P: 6379)
• 一個負責node之間通訊(P: 10000 + 6379)

Redis協議支援的資料型別：

• 簡單字元(首位元組: “+”)

      　　“+OK\r\n”

• 錯誤(首位元組: “-”)

      　　“-error msg\r\n”

• 數字(首位元組: “:”)

      　　“:123\r\n”

• 批量字元(首位元組: “$”)

      　　“&hello\r\nWhoa re you\r\n”

• 陣列(首位元組: “*”)

      　　“*0\r\n”

      　　“*-1\r\n”

除了Redis，還有什麼NoSQL型資料庫

市面上類似於Redis，同樣是NoSQL型的資料庫有很多，如下圖所示，除了Redis，還有MemCache、Cassadra和Mongo。下面，我們就分別對這幾個資料庫做一下簡要的介紹：

Memcache：這是一個和Redis非常相似的資料庫，但是它的資料型別沒有Redis豐富。Memcache由LiveJournal的Brad Fitzpatrick開發，作為一套分散式的快取記憶體系統，被許多網站使用以提升網站的訪問速度，對於一些大型的、需要頻繁訪問資料庫的網站訪問速度的提升效果十分顯著。

Apache Cassandra：（社群內一般簡稱為C*）這是一套開源分散式NoSQL資料庫系統。它最初由Facebook開發，用於儲存收件箱等簡單格式資料，集Google BigTable的資料模型與Amazon Dynamo的完全分散式架構於一身。Facebook於2008將 Cassandra 開源，由於其良好的可擴充套件性和效能，被 Apple、Comcast、Instagram、Spotify、eBay、Rackspace、Netflix等知名網站所採用，成為了一種流行的分散式結構化資料儲存方案。

MongoDB：是一個基於分散式檔案儲存、面向文件的NoSQL資料庫，由C++編寫，旨在為WEB應用提供可擴充套件的高效能資料儲存解決方案。MongoDB是一個介於關係資料庫和非關係資料庫之間的產品，是非關係資料庫當中功能最豐富，最像關係型資料庫的，它支援的資料結構非常鬆散，是一種類似json的BSON格式。

總結

以上就是Redis入門介紹教程，如果各位還想了解更多，歡迎通過評論和私信的方式告訴我。