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Redis 是什么?看这一篇就够了

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  •   powertoolsteam · 2019-11-26 14:33:07 +08:00 · 1804 次点击
    这是一个创建于 1160 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

    本文由葡萄城技术团队于 V2EX 首发

    转载请注明出处:葡萄城官网,葡萄城为开发者提供专业的开发工具、解决方案和服务,赋能开发者。


    引言

    在 Web 应用发展的初期,那时关系型数据库受到了较为广泛的关注和应用,原因是因为那时候 Web 站点基本上访问和并发不高、交互也较少。而在后来,随着访问量的提升,使用关系型数据库的 Web 站点多多少少都开始在性能上出现了一些瓶颈,而瓶颈的源头一般是在磁盘的 I/O 上。而随着互联网技术的进一步发展,各种类型的应用层出不穷,这导致在当今云计算、大数据盛行的时代,对性能有了更多的需求,主要体现在以下四个方面:

    1. 低延迟的读写速度:应用快速地反应能极大地提升用户的满意度
    2. 支撑海量的数据和流量:对于搜索这样大型应用而言,需要利用 PB 级别的数据和能应对百万级的流量
    3. 大规模集群的管理:系统管理员希望分布式应用能更简单的部署和管理
    4. 庞大运营成本的考量:IT 部门希望在硬件成本、软件成本和人力成本能够有大幅度地降低

    为了克服这一问题,NoSQL 应运而生,它同时具备了高性能、可扩展性强、高可用等优点,受到广泛开发人员和仓库管理人员的青睐。

    Redis 是什么

    Redis 是现在最受欢迎的 NoSQL 数据库之一,Redis 是一个使用 ANSI C 编写的开源、包含多种数据结构、支持网络、基于内存、可选持久性的键值对存储数据库,其具备如下特性:

    • 基于内存运行,性能高效
    • 支持分布式,理论上可以无限扩展
    • key-value 存储系统
    • 开源的使用 ANSI C 语言编写、遵守 BSD 协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value 数据库,并提供多种语言的 API

    相比于其他数据库类型,Redis 具备的特点是:

    • C/S 通讯模型
    • 单进程单线程模型
    • 丰富的数据类型
    • 操作具有原子性
    • 持久化
    • 高并发读写
    • 支持 lua 脚本

    Redis 的应用场景有哪些?

    Redis 的应用场景包括:缓存系统(“热点”数据:高频读、低频写)、计数器、消息队列系统、排行榜、社交网络和实时系统。

    Redis 的数据类型及主要特性

    Redis 提供的数据类型主要分为 5 种自有类型和一种自定义类型,这 5 种自有类型包括:String 类型、哈希类型、列表类型、集合类型和顺序集合类型。

    String 类型:

    它是一个二进制安全的字符串,意味着它不仅能够存储字符串、还能存储图片、视频等多种类型, 最大长度支持 512M。

    对每种数据类型,Redis 都提供了丰富的操作命令,如:

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

    哈希类型:

    该类型是由 field 和关联的 value 组成的 map。其中,field 和 value 都是字符串类型的。

    Hash 的操作命令如下:

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

    列表类型:

    该类型是一个插入顺序排序的字符串元素集合, 基于双链表实现。

    List 的操作命令如下:

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

    集合类型:

    Set 类型是一种无顺序集合, 它和 List 类型最大的区别是:集合中的元素没有顺序, 且元素是唯一的。

    Set 类型的底层是通过哈希表实现的,其操作命令为:

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

    Set 类型主要应用于:在某些场景,如社交场景中,通过交集、并集和差集运算,通过 Set 类型可以非常方便地查找共同好友、共同关注和共同偏好等社交关系。

    顺序集合类型:

    ZSet 是一种有序集合类型,每个元素都会关联一个 double 类型的分数权值,通过这个权值来为集合中的成员进行从小到大的排序。与 Set 类型一样,其底层也是通过哈希表实现的。

    ZSet 命令:

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

    Redis 的数据结构

    Redis 的数据结构如下图所示:

    关于上表中的部分释义:

    1. 压缩列表是列表键和哈希键的底层实现之一。当一个列表键只包含少量列表项,并且每个列表项要么就是小整数,要么就是长度比较短的字符串,Redis 就会使用压缩列表来做列表键的底层实现
    2. 整数集合是集合键的底层实现之一,当一个集合只包含整数值元素,并且这个集合的元素数量不多时,Redis 就会使用整数集合作为集合键的底层实现

    如下是定义一个 Struct 数据结构的例子:

    简单动态字符串 SDS (Simple Dynamic String)

    基于 C 语言中传统字符串的缺陷,Redis 自己构建了一种名为简单动态字符串的抽象类型,简称 SDS,其结构如下:

    SDS 几乎贯穿了 Redis 的所有数据结构,应用十分广泛。

    SDS 的特点

    和 C 字符串相比,SDS 的特点如下:

    1. 常数复杂度获取字符串长度

      Redis 中利用 SDS 字符串的 len 属性可以直接获取到所保存的字符串的长度,直接将获取字符串长度所需的复杂度从 C 字符串的 O(N)降低到了 O(1)。

    2. 减少修改字符串时导致的内存重新分配次数

      通过 C 字符串的特性,我们知道对于一个包含了 N 个字符的 C 字符串来说,其底层实现总是 N+1 个字符长的数组(额外一个空字符结尾)那么如果这个时候需要对字符串进行修改,程序就需要提前对这个 C 字符串数组进行一次内存重分配(可能是扩展或者释放)而内存重分配就意味着是一个耗时的操作。

    Redis 巧妙的使用了 SDS 避免了 C 字符串的缺陷。在 SDS 中,buf 数组的长度不一定就是字符串的字符数量加一,buf 数组里面可以包含未使用的字节,而这些未使用的字节由 free 属性记录。

    与此同时,SDS 采用了空间预分配的策略,避免 C 字符串每一次修改时都需要进行内存重分配的耗时操作,将内存重分配从原来的每修改 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 对 SDS 的简单定义:

    Redis 特性 1:事务

    • 命令序列化,按顺序执行
    • 原子性
    • 三阶段: 开始事务 - 命令入队 - 执行事务
    • 命令:MULTI/EXEC/DISCARD

    Redis 特性 2:发布订阅(Pub/Sub)

    • Pub/sub 是一种消息通讯模式
    • Pub 发送消息, Sub 接受消息
    • Redis 客户端可以订阅任意数量的频道
    • “fire and forgot”, 发送即遗忘
    • 命令:Publish/Subscribe/Psubscribe/UnSub

    Redis 特性 3:Stream

    • Redis 5.0 新增
    • 等待消费
    • 消费组(组内竞争)
    • 消费历史数据
    • FIFO

    以上就是 Redis 的基本概念,下面我们将介绍在开发过程中可能会踩到的“坑”。

    下面我们来简单了解一下 Redis 的进阶知识。

    进阶之 Redis 协议简介

    Redis 客户端通讯协议:RESP(Redis Serialization Protocol),其特点是:

    • 简单
    • 解析速度快
    • 可读性好

    Redis 集群内部通讯协议:RECP(Redis Cluster Protocol ) ,其特点是:

    • 每一个 node 两个 tcp 连接
    • 一个负责 client-server 通讯(P: 6379)
    • 一个负责 node 之间通讯(P: 10000 + 6379)

    Redis 协议支持的数据类型:

    • 简单字符(首字节: “+”)

    “+OK\r\n”

    • 错误(首字节: “-”)

    “-error msg\r\n”

    • 数字(首字节: “:”)

    “:123\r\n”

    • 批量字符(首字节: “$”)

    “&hello\r\nWhoa re you\r\n”

    • 数组(首字节: “*”)

    “*0\r\n”

    “*-1\r\n”

    总结

    以上就是 Redis 入门介绍教程,如果各位还想了解更多,欢迎通过评论和私信的方式告诉我。

    powertoolsteam
        1
    powertoolsteam  
    OP
       2019-11-26 15:11:29 +08:00
    关于 Redis 在产品开发中的应用实践,将由葡萄城架构师 Jim 将在 2019-11-27 14:00 为大家带来一场公开课,其中 Jim 除了为大家讲解 Redis 的基础,同时也会实际演示他所在的项目组使用 Redis 时碰到的问题以及解决方案,对于刚接触 Redis 的同学来说,更具参考意义和学习价值,欢迎大家届时参加,公开课地址: https://live.vhall.com/661463644。

    以下为公开课主要内容:

    - 后端采用 nodeJS
    - 使用 Azure 的 Redis 服务
    - Redis 的使用场景
        - token 缓存, 用于令牌验证

        - IP 白名单

    - 碰到的问题

    - “网络抖动”或者 Redis 服务异常导致 Redis 访问超时
    - Redis 客户端驱动稳定性问题
        - 连接池 “Broken connection” 问题

        - JS 的 Promise 引出的 Redis 重置问题
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