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引言

在Web應用發展的初期，那時關系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站點基本上訪問和并發不高、互動也較少，而在后來，隨著訪問量的提升，使用關系型資料庫的Web站點多多少少都開始在性能上出現了一些瓶頸，而瓶頸的源頭一般是在磁盤的I/O上，而隨著互聯網技術的進一步發展，各種型別的應用層出不窮，這導致在當今云計算、大資料盛行的時代，對性能有了更多的需求，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用戶的滿意度
2. 支撐海量的資料和流量：對于搜索這樣大型應用而言，需要利用PB級別的資料和能應對百萬級的流量
3. 大規模集群的管理：系統管理員希望分布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，它同時具備了高性能、可擴展性強、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是什么

Redis是現在最受歡迎的NoSQL資料庫之一，Redis是一個使用ANSI C撰寫的開源、包含多種資料結構、支持網路、基于記憶體、可選持久性的鍵值對存盤資料庫，其具備如下特性：

• 基于記憶體運行，性能高效
• 支持分布式，理論上可以無限擴展
• key-value存盤系統
• 開源的使用ANSI C語言撰寫、遵守BSD協議、支持網路、可基于記憶體亦可持久化的日志型、Key-Value資料庫，并提供多種語言的API

相比于其他資料庫型別，Redis具備的特點是：

• C/S通訊模型
• 單行程單執行緒模型
• 豐富的資料型別
• 操作具有原子性
• 持久化
• 高并發讀寫
• 支持lua腳本

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、哈希型別、串列型別、集合型別和順序集合型別，

String型別：

它是一個二進制安全的字串，意味著它不僅能夠存盤字串、還能存盤圖片、視頻等多種型別, 最大長度支持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

哈希型別：

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

串列型別：

該型別是一個插入順序排序的字串元素集合, 基于雙鏈表實作，

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型別的底層是通過哈希表實作的，其操作命令為：

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

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

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，其底層也是通過哈希表實作的，

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：

關于上表中的部分釋義：

1. 壓縮串列是串列鍵和哈希鍵的底層實作之一，當一個串列鍵只包含少量串列項，并且每個串列項要么就是小整數，要么就是長度比較短的字串，Redis就會使用壓縮串列來做串列鍵的底層實作
2. 整數集合是集合鍵的底層實作之一，當一個集合只包含整數值元素，并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作

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)

基于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. 常數復雜度獲取字串長度

　　　　Redis中利用SDS字串的len屬性可以直接獲取到所保存的字串的長
　　　　度，直接將獲取字串長度所需的復雜度從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，我們知道對于一個包含了N個字符的C字串來說，其底層實作總是N+1個字符長的陣列（額外一個空字符結尾）

　　　　那么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（可能是擴展或者釋放）　

　　　　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符數量加一，buf陣列里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采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：發布訂閱(Pub/Sub)

• Pub/sub是一種訊息通訊模式
• Pub發送訊息, Sub接受訊息
• Redis客戶端可以訂閱任意數量的頻道
• “fire and forgot”, 發送即遺忘
• 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程序中可能會踩到的“坑”，

Redis常見問題決議：擊穿

概念：在Redis獲取某一key時, 由于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：

• 服務器啟動時, 提前寫入
• 規范key的命名, 通過中間件攔截
• 對某些高頻訪問的Key，設定合理的TTL或永不過期

Redis常見問題決議：雪崩

概念：Redis快取層由于某種原因宕機后，所有的請求會涌向存盤層，短時間內的高并發請求可能會導致存盤層掛機，稱之為“Redis雪崩”，

合理的規避方案：

• 使用Redis集群
• 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，對于剛接觸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，

• 后端采用nodeJS
• 使用Azure的Redis服務
• Redis的使用場景

　　　　-  token快取, 用于令牌驗證

　　　　-  IP白名單

碰到的問題

• “網路抖動”或者Redis服務例外導致Redis訪問超時
• Redis客戶端驅動穩定性問題

　　　　-  連接池 “Broken connection” 問題

　　　　-  JS的Promise引出的Redis重置問題

下面我們來簡單了解一下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
• 決議速度快
• 可讀性好

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

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

Redis協議支持的資料型別：

• 簡單字符(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”

• 批量字符(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，還有什么NoSQL型資料庫

市面上類似于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，作為一套分布式的高速快取系統，被許多網站使用以提升網站的訪問速度，對于一些大型的、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：（社區內一般簡稱為C*）這是一套開源分布式NoSQL資料庫系統，它最初由Facebook開發，用于儲存收件箱等簡單格式資料，集Google BigTable的資料模型與Amazon Dynamo的完全分布式架構于一身，Facebook于2008將 Cassandra 開源，由于其良好的可擴展性和性能，被 Apple、Comcast、Instagram、Spotify、eBay、Rackspace、Netflix等知名網站所采用，成為了一種流行的分布式結構化資料存盤方案，

MongoDB：是一個基于分布式檔案存盤、面向檔案的NoSQL資料庫，由C++撰寫，旨在為WEB應用提供可擴展的高性能資料存盤解決方案，MongoDB是一個介于關系資料庫和非關系資料庫之間的產品，是非關系資料庫當中功能最豐富，最像關系型資料庫的，它支持的資料結構非常松散，是一種類似json的BSON格式，

標籤：其他

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