Redis(一) 基础与api
Redis(二) 小功能
Redis(三) 阻塞与内存
Redis(四) 缓存设计
Redis(五) 客户端调用
Redis(六) 持久化与复制
Redis(七) 哨兵
Redis(八) 集群
Reids特性
- 速度快
- 所有数据都是存放在内存存内存存储的
- C语言实现，相对速度更快一点
- 使用单线程架构，预防了多线程可能产生的竞争问题
- 源码优雅，精打细磨，集性能和优雅一身
- 基于键值对的数据结构服务
- 丰富的功能
- 键过期功能，可以用来实现缓存
- 发布订阅功能，可以用来实现消息系统
- 支持Lua脚本，可以利用Lua创造出新的Redis命令
- 提供了简单的事务功能，能一定程度保证事务特性
- 提供了流水线(Pipeline)功能，这样客户端能将一批命令一次性传到Redis，减少了网络的开销
- 简单稳定
- 源码很少
- 单线程模型使Redis服务端处理模型变得简单，而且客户端开发也简单
- Redis不需要依赖操作系统的类库，Redis自己实现了事件处理的相关功能
- 客户端语言多
- 提供了简单的TCP通信协议，很多编程语言可以很方便地接入到Redis
- 持久化
- 提供了两种持久化方式:RDB和AOF，可以用两种策略将内存的数据保存到硬盘中
- 主从复制
- 提供复制功能，实现多个相同数据的Redis副本，复制功能是分布式Redis的基础
- 高可用和分布式
- 高可用实现Redis Sentinel，保证Redis节点的故障发现和故障自动转移
- 分布式实现Redis Cluster，提供高可用、读写和容量的扩展性
API
查看所有键： keys *
键总数： dbsize
检查键是否存在： exists key
删除键： del key [key…]
键过期： expire key seconds，(ttl key会返回键的剩余过期时间)
键的数据结构类型： type key
使用object encoding key命令可以查询内部编码
可以看到每种数据结构都有两种以上的内部编码实现，这样设计有2个好处，一是可以改进内部编码，而对外数据结构和命令没有影响，这样一旦开发出更优秀的内部编码实现，无需改动外部数据结构和命令；第二多种内部编码实现可以在不同场景下发挥各自的优势，例如ziplist比较节省内存，但在列表元素比较多的情况，性能会下降，这时redis会根据配置选项将列表类型的内部实现转换为linkedlist
redis使用了单线程架构和I/O多路复用模型来实现高性能的内存数据库服务
每次客户端调用都会经历发送命令、执行命令、返回结果三个过程。因为redis是单线程处理命令的，所以一条命令从客户端达到服务端不一定会被立即执行，所有命令都会进入一个队列中，然后逐个执行。命令的执行顺序时不确定的，但是确定不会有两条命令同时执行，不会产生并发问题
而通常来讲，单线程处理能力比多线程差，那为什么redis使用单线程模型会达到每秒万级的处理能力呢？可以归结为三点：
1、存内存访问，redis将所有数据放在内存中，内存的响应时长大约为100纳秒，这是redis每秒万级访问的重要基础
2、非阻塞I/O，redis使用epoll作为I/O多路复用技术的实现，再加上redis自身的事件处理模型将epoll中的连接、读写、关闭都转换为事件，不在网络I/O上浪费过多的时间
3、单线程避免了线程切换和竞争产生的消耗
单线程带来的好处：
1、简化数据结构和算法的实现
2、避免线程切换和竞态产生的消耗，对于服务端开发来说，锁和线程切换通常是性能杀手
单线程的问题：
对于每个命令的执行时间是有要求的，如果某个命令执行过长，会造成其他命令的阻塞，对于高性能的服务来说是致命的
字符串
是redis最基础的数据结构。首先键都是字符串类型，而且其他几种数据结构都是在字符串类型基础上构建的。字符串类型的值可以是字符串、数字、二进制，但值最大不能超过512MB
常用命令：
1、设置值： set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx|xx]
其中，ex seconds为键设置秒级过期时间；px milliseconds为键设置毫秒级过期时间；nx键必须不存在才能成功，用于更新；xx键必须存在才能设置成功，用于更新
此外redis还提供setex和setnx两个命令，相当于一个整合的命令，setnx可以作为分布式锁的一种实现方式
2、获取值： get key
3、批量设值： mset key value [key value…]
4、批量获取： mget key [key…]
对于开发人员来说，网络可能会成为性能的瓶颈。使用批量操作，有助于提高业务处理效率，但是要注意每次批量操作所发送的命令数不是无节制的，如果数量过多可能造成redis阻塞或者网络拥塞
5、计数： incr key、decr key、incrby key increment、decrby key decrement、incrbyfloat key increment
不常用命令：
1、追加值： append key value
2、字符串长度： strlen key
3、设置并返回值： getset key value
4、设置指定位置的字符： setrange key offeset value
5、获取部分字符串： getrange key start end
内部编码：
- int: 8个字节的长整数
- embstr：小于等于39个字节的字符串
- raw：大于39个字节的字符串
可用场景：
1、缓存功能(序列化、json…)
2、计数
3、共享session
4、限速(限制频繁访问…)
哈希
命令：
1、设置值： hset key field value
2、获取值： hget key field
3、删除field： hdel key field [field…]
4、计算field个数： hlen key
5、批量设值： hmset key field value [field value…]
6、批量取值： hmget key field [field…]
7、判断field是否存在： hexists key field
8、获取所有field： hkeys key
9、获取所有value： hvals key
10、获取所有field-value： hgetall key
11、使用hgetall时，如果哈希元素个数过多，会存在阻塞redis的可能。如果只需部分可以使用hmget，或者使用hscan命令
12、计数： hincrby key field increment、hincrbyfloat key field increment
13、计算value长度： hstrlen key field
内部编码：
- ziplist(压缩列表)：当哈希类型元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置(默认512个)、同时所有值都小于hash-max-ziplist-value配置(默认64字节)时，redis会使用ziplist作为哈希的内部实现，ziplist使用更加紧凑的结构实现多个元素的连续存储，所以在节省内存方面比hashtable更加优秀
- hashtable(哈希表)：当哈希类型无法满足ziplist的条件时，使用hashtable作为哈希的内部实现，因为此时ziplist的读写效率会下降，而hashtable的读写时间复杂度为O(1)
可用场景：
更加直观的缓存信息，比如缓存用户信息，同时更新操作上也更加便捷，减少内存空间的使用
PS. 哈希类型和关系型数据库的两点不同之处：
1、哈希类型时稀疏的，而关系型数据库是完全结构化的，例如哈希类型的每个键有不同的filed值
2、关系型数据库可以做复杂的关系查询，而redis去模拟关系型复杂查询开发困难，维护成本高
列表
可以对列表两端插入和弹出，也可以获取指定范围的元素列表，获取指定索引下标的元素等。列表是一种比较灵活的数据结构，可以充当栈和队列的角色，在实际开发中有很多应用场景。列表类型有两个特点，第一列表中的元素是有序的，第二列表中的元素是可重复的
命令：
1、从右插入元素： rpush key value [value…]
2、从左插入元素： lpush key value [value…]
3、向某个元素前或后插入元素： linsert key before|after pivot value(重复时第1个)
4、获取指定范围内元素列表： lrange key start end
5、获取列表指定索引下标元素： lindex key index
6、获取列表长度： llen key
7、从列表左侧弹出元素： lpop key
8、从列表右侧弹出元素： rpop key
9、删除指定元素： lrem key count value
count大于0，从左到右，删除最多count个等于value的元素
count小于0，从右到左，删除最多count绝对值个等于value的元素
count等于0，删除所有等于value的元素
10、按索引范围修建列表(保留)： ltrim key start end
11、修改指定索引下标的元素： lset key index newValue
12、阻塞式弹出： blpop key [key…] timeout、brpop key [key…] timeout
列表不为空则立即返回
列表为空阻塞，期间内如果添加了数据则立即返回。如果多个key，则从左到右遍历键，一旦有一个键能弹出元素则立即返回。如果多个客户端同时获取同一个key，最先执行命令的客户端可以获取弹出的值，剩下的客户端继续阻塞
内部编码：
- ziplist(压缩列表)：当列表的元素个数小于hash-max-ziplist-entries配置(默认512个)、同时所有值都小于hash-max-ziplist-value配置(默认64字节)时，redis会使用ziplist作为列表的内部实现来节省内存的使用
- linkedlist(链表)：当列表类型无法满足ziplist时使用
- quicklist：quicklist本身是一个双向无环链表，它的每一个节点都是一个ziplist。简单地说是以一个ziplist为节点的linkedlist，它结合了两者的优势，为列表类型提供一种更为优秀的内部编码实现
可用场景：
1、消息队列，使用lpush + brpop命令组合即可实现阻塞队列
2、文章列表，比如每篇文章用哈希结构存储，用列表添加用户文章。不过使用列表列型存储文章列表会有两个问题，第一如果每次分页获取的文章个数比较多，需要多次执行hgetall操作，此时可以考虑使用Pipeline批量获取或考虑将文章数据序列化为字符串类型使用mget获取；第二分页获取文章列表时，lrange命令在列表两端性能较好，但如果里列表过大取中间范围元素就会性能变差，可以考虑将列表做二级拆分或使用quicklist内部实现
3、时间轴
lpush + lpop = Satck(栈)
lpush + rpop = Queue(队列)
集合
集合不允许有重复元素，而且元素是无序的，不能通过索引下标获取元素
命令：
1、添加元素： sadd key element [element…]
2、删除元素： srem key element [element…]
3、计算元素个数： scard key
4、判断元素是否在集合中： sismember key element
5、随机从集合返回指定个数元素： srandmember key [count]
6、从集合中随机弹出元素： spop key
7、获取所有元素： smembers key(时间复杂度较高，需考虑数据规模对redis的影响)
8、求多个集合交集： sinter key [key…]
9、求多个集合并集： suinon key [key…]
10、求多个集合差集： sdiff key [key…]
内部编码：
- intset(整数集合)：当集合中元素都是整数且元素个数小于set-max-intset-entries配置(默认512个)时，redis选用intset作为集合内部实现来减少内存的使用
- hashtable(哈希表)：无法满足intset时采用
可用场景：
比较典型的使用场景是标签(tag)，社交等
有序集合
它保留了集合不能有重复成员的特性，但不同的是有序列表的元素可以排序。但是它与列表使用索引下标作为排序依据不同，它给每个元素设置一个分数(score)作为排序依据
命令：
1、添加成员： zadd key [NX|XX][CH][INCR] score member [score member…]
nx: member必须不存在才能设置成功，用于添加；xx: member必须存在才能设置成功，用于更新；ch: 返回此次操作后有序集合和分数发生变化的个数；incr: 对score做增加，相当于zincrby
2、计算成员个数： zcard key
3、计算某个成员分数： zscore key member
4、计算成员排名： zrank key member、zrevrank key member
5、删除成员： zrem key member [member…]
6、增加成员的分数： zincrby key increment member
7、返回指定排名范围的成员： zrange key start end [withscores]、zrevrange key start end [withscores]
8、返回指定分数范围的成员： zrangebyscore key min max [withscores][limit offset count]、zrevrangebyscore key max min [withscores][limit offset count]
9、返回指定分数范围成员个数： zcount key min max
10、删除指定排名内的升序元素： zremrangebyrank key start end
11、删除指定分数范围的成员： zremrangebyscore key min max
交集、并集…
内部编码：
- ziplist(压缩列表)：当有序集合元素个数小于zset-max-ziplist-entries配置(默认128个)，同时每个元素值小于zset-max-ziplist-value配置(默认64字节)时，redsi使用ziplist作为内部实现减少内存的使用
- skiplist(跳跃表)：当ziplist条件不满足时采用
可用场景：
排行榜系统、社交
键管理
除了之前介绍的键命令，如type、del、object、exists、expire等
1、键重命名： rename key newkey
为了防止被强行rename，提供了renamenx命令，确保只有newkey不存在时才能被覆盖，保证原已有键值不被覆盖
由于重命名期间会执行del删除旧键，如果键对应值比较大，会存在阻塞redis的可能
1、随机返回一个键： randomkey
1、键在seconds秒后过期： expire key seconds
2、键在秒级时间戳timestamp后过期： expireat key timestamp
3、键在milliseconds毫秒后过期： pexpire key milliseconds，(pttl key会返回键的剩余毫秒级过期时间)
4、键在毫秒级时间戳timestamp后过期： pexpireat key millisecnods-timestamp
5、将键过期时间清除： persist key
对于字符串类型键，执行set命令会去掉过期时间
redis不支持二级数据结构(例如哈希、列表)内部元素的过期功能
setex命令作为set + expire的组合，不但是原子执行，同时减少了一次网络通讯的时间
键迁移：
1、move key db，用于redis内部进行数据迁移(多数据库)
2、dump key + restore key ttl value，不同redis实例之间进行数据迁移
3、migrate host port key/”” destination-db timeout [copy] [replace] [keys key [key…]]
migrate命令是将dump、restore、del3个命令进行组合，从而简化了操作流程，且具有原子性。在水平扩容中起到重要作用
1、全量遍历键： keys pattern(时间复杂度较高，需考虑数据规模对redis的影响)
2、渐进式遍历： scan cursor [match pattern] [count number]
3、哈希、集合、有序集合扫描遍历： hscan、sscan、zscan
数据库管理
切换数据库： select dbIndex
清除数据库： flushdb/flushall