Redis 初识

Redis --- 官方https://redis.io/

Redis ？？？

1.1 Redis 简单认识

Redis 是一个开源的，在内存中进行数据存储的一种数据库！

定义变量，不就是在内存中存储数据吗？还搞一个Redis，我们要注意：Redis是在分布式系统中，才能发挥威力的，如果只是单机程序的话，直接通过变量存储数据的方式，是比使用 Redis 更优的选择！

由于当前我们的系统大多都是分布式的系统，其中我们想要让多个服务器都能够共享到同一份数据，同时又想要让这一份数据能够在内存当中，这时候，我们选择 Redis 就是一个可选的选择了！在分布式系统中，这时候在内存中放数据，直接存放在变量中就不行了，因为我定义的变量，是在我当前的服务器的对应的进程当中的一个内存控件，进程之间具有独立性！因为分布式系统肯定是多个进程的，甚至不同主机上的多个进程，想要访问到我的进程当中的一个变量，这时候就困难了！

所以 Redis 就相当于是针对上述的需求点进行了分装，我们无法通过进程的隔离性直接访问，我们就可以使用进程间通信，最主流的就是网络的进程间通信，这种方式既可以让一个主机的多个进程进行通信，也可以跨主机的不同进程进行通信！

Redis 就是基于网络，将自己内存中的变量，给别的进程，甚至别的主机的进程使用！--- 这就是Redis 最核心的部分！！！

说到数据库，MySQL就是一个比较常见的数据库，MySQL 当然是可以在分布式系统中去存储数据，同时提供的功能也很强大，丰富！但是 MySQL 有一个比较大的问题，就是访问速度比较慢！慢！有时候是很大的问题，针对性能，我们可以使用 Redis 来当数据库，因为 Redis 是通过内存存储的，MySQL 数据是在硬盘上存储的，所以 Redis 访问数据的速度就是碾压 MySQL的！下面的表中又有比较的！

那我们直接使用 Redis 不就好了吗？还有 MySQL 什么事？其实不是这样的，Redis 和 MySQL 相比，最大的劣势就是存储空间时有限的！内存是快，但是小！但是磁盘就很快了！而且就功能而言，MySQL 是更加丰富的！在不追求性能的情况下，MySQL 是很香的！

那有没有又大又快的方式呢？是有的，可以将 Redis 和 MySQL 结合起来使用，也就是将 Redis 作为 MySQL 的 Cache 来使用，将热点数据使用 Redis 进行存储，然后全量数据使用 MySQL 来存储！28原则罢了！--- 带来的问题就是系统的复杂程度大大提升了！还有一个问题就是：如果数据发生修改，还涉及到 Redis 和 MuSQL 中的数据重复问题！

总之，针对应用场景，使用对应的方式！！！

下面以及后面的文章将带领读者进入 Redis 的世界，了解它的前世今生、众多特性、典型应用场景、安装配置、如何用好等，最后会对 Redis 发展过程中的重要版本进行说明。本章主要内容如下：

1.2 盛赞 Redis

Redis 是一种基于键值对（key-value）的 NoSQL 数据库。与很多键值对数据库不同的是，Redis 中的值可以是由 string（字符串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合）、Bitmaps（位图）、HyperLogLog、GEO（地理信息定位）等多种数据结构和算法组成，因此 Redis 可以满足很多的应用场景。而且因为 Redis 会将所有数据都存放在内存中，所以它的读写性能非常惊人。不仅如此，Redis 还可以将内存的数据利用快照和日志的形式保存到硬盘上，这样在发生类似断电或者机器故障的时候，内存中的数据不会“丢失”。除了上述功能以外，Redis 还提供了键过期、发布订阅、事务、流水线、Lua 脚本等附加功能。总之，如果在合适的场景使用好 Redis，它就会像一把瑞士军刀一样所向披靡。

2008 年，Redis 的作者 Salvatore Sanfilippo 在开发一个叫 LLOOGG 的网站时，需要实现一个高性能的队列功能，最开始是使用 MySQL 来实现的，但后来发现无论怎么优化 SQL 语句等都不能使网站的性能提高上去，再加上自己囊中羞涩，于是他决定自己做一个专属于 LLOOGG 的数据库，这就是 Redis 的前身。后来，Salvatore Sanfilippo 将 Redis 1.0 的源码发布到 Github 上，可能连他自己都没想到，Redis 后来如此受欢迎。

假如现在有人问 Redis 的作者都有谁在使用 Redis，我想他可以开句玩笑的回答：还有谁不使用 Redis，当然这只是开玩笑，但是从 Redis 的官方公司统计来看，有很多重量级的公司都在使用 Redis，如国外的 Twitter、Instagram、Stack Overflow、Github 等，国内就更多了，如果单单从体量来统计，新浪微博可以说是全球最大 Redis 的使用者，除了新浪微博，还有像阿里巴巴、腾讯、搜狐、优酷土豆、美团、小米、唯品会等公司都是 Redis 的使用者。除此之外，许多开源技术像 ELK 等已经把 Redis 作为它们组件中的重要一环，而且 Redis 还提供了模块系统让第三方人员实现功能扩展，让 Redis 发挥出更大的威力。所以，可以这么说，熟练使用和运维 Redis 已经成为开发运维人员的一个必备技能。 

1.3 Redis 特性

Redis 之所以受到如此多公司的青睐，必然有其过人之处，下面是关于 Redis 的 8 个重要特性。

1. 速度快

正常情况下，Redis 执行命令的速度非常快，官方给出的数字是读写性能可以达到 10 万 / 秒。当然这也取决于机器的性能，但这里先不讨论机器性能上的差异，只分析一下是什么造就了 Redis 如此之快，可以大概归纳为以下四点：

• Redis 的所有数据都是存放在内存中的，表 1-1 是谷歌公司 2009 年给出的各层级硬件执行速度，所以把数据放在内存中是 Redis 速度快的最主要原因。

• Redis 是用 C 语言实现的，一般来说 C 语言实现的程序“距离”操作系统更近，执行速度相对会更快。

• Redis 使用了单线程，预防了多线程可能产生的竞争问题。Redis 在 6.0 版本引入了多线程机制，但主要也是在处理网络和 IO，不涉及到数据命令，即命令的执行仍然采用了单线程模式。

• 作者对于 Redis 源代码可以说是精打细磨，曾经有人评价 Redis 是少有的集性能和优雅于一身的开源代码。

表 1-1 谷歌公司给出的各层级硬件执行速度

2. 基于键值对的数据结构服务器

几乎所有编程语言都提供了类似字典的功能，例如 C++ 里的 map、Java 里的 map、Python 里的 dict 等，类似于这种组织数据的方式叫做基于键值对的方式。与很多键值对数据库不同的是，Redis 中的值不仅可以是字符串，而且还可以是具体的数据结构，这样不仅能便于在许多应用场景的开发，同时也能提高开发效率。Redis 的全程是 REmote Dictionary Server，它主要提供了 5 种数据结构：字符串（string）、哈希（hash）、列表（list）、集合（set）、有序集合（ordered set / zet），同时在字符串的基础之上演变出了位图（Bitmaps）和 HyperLogLog 两种神奇的“数据结构”，并且随着 LBS（Location Based Service，基于位置服务）的不断发展，Redis 3.2 版本种加入了有关 GEO（地理信息定位）的功能，总之在这些数据结构的帮助下，开发者可以开发出各种“有意思”的应用。

3. 丰富的功能

除了 5 种数据结构，Redis 还提供了许多额外的功能：

• 提供了键过期功能，可以用来实现缓存。

• 提供了发布订阅功能，可以用来实现消息系统。

• 支持 Lua 脚本功能，可以利用 Lua 创造出新的 Redis 命令。

• 提供了简单的事务功能，能在一定程度上保证事务特性。

• 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。

4. 简单稳定

Redis 的简单主要表现在三个方面。首先，Redis 的源码很少，早期版本的代码只有 2 万行左右，3.0 版本以后由于添加了集群特性，代码增至 5 万行左右，相对于很多 NoSQL 数据库来说代码量相对要少很多，也就意味着普通的开发和运维人员完全可以“吃透”它。其次，Redis 使用单线程模型，这样不仅使得 Redis 服务端处理模型变得简单，而且也使得客户端开发变得简单。最后，Redis 不需要依赖于操作系统中的类库（例如 Memcache 需要依赖 libevent 这样的系统类库），Redis 自己实现了事件处理的相关功能。

但与简单相对的是 Redis 具备相当的稳定性，在大量使用过程中，很少出现因为 Redis 自身 BUG 而导致宕掉的情况。

5. 客户端语言多

Redis 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，并且由于 Redis 受到社区和各大公司的广泛认可，所以支持 Redis 的客户端语言也非常多，几乎涵盖了主流的编程语言，例如 C、C++、Java、PHP、Python、NodeJS 等，后续我们会对 Redis 的客户端使用做详细说明。

6. 持久化（Persistence）

通常看，将数据放在内存中是不安全的，一旦发生断电或者机器故障，重要的数据可能就会丢失。因此 Redis 提供了两种持久化方式：RDB 和 AOF，即可以利用两种策略将内存的数据保存到硬盘中（如图 1-1 所示），这样就保证了数据的可持久性，后续我们将对 Redis 的持久化进行详细说明。

图 1-1 Redis 内存到硬盘的持久化

7. 主从复制（Replication）

Redis 提供了复制功能，实现了多个相同数据的 Redis 副本（Replica）（如图 1-2 所示），复制功能是分布式 Redis 的基础。后续我们会对 Redis 的复制功能进行详细演示。

图 1-2 Redis 主从复制架构

8. 高可用（High Availability）和分布式（Distributed）

Redis 提供了高可用实现的 Redis 哨兵（Redis Sentinel），能够保证 Redis 结点的故障发现和故障自动转移。也提供了 Redis 集群（Redis Cluster），是真正的分布式实现，提供了高可用、读写和容量的扩展性。

1.4 Redis 使用场景

上节我们已经了解了 Redis 的若干个特性，本节来看一下 Redis 的典型应用场景有哪些？

1.4.1 Redis 可以做什么

要充分理解 Redis 的作用，需要读者对网站的架构有一定的基础理解，考虑到部分读者缺少这方面的背景知识，建议先移步为大家准备的《服务端高并发分布式结构演进之路》篇对该领域的基础知识做一定学习后，再度继续本篇的学习。

缓存（Cache）：缓存机制几乎在所有大型网站都有使用，合理地使用缓存不仅可以加速数据的访问速度，而且能够有效地降低后端数据源的压力。Redis 提供了键值过期时间设置，并且也提供了灵活控制最大内存和内存溢出后的淘汰策略。可以这么说，一个合理的缓存设计能够为一个网站的稳定保驾护航。

排行榜系统：排行榜系统几乎存在于所有的网站，例如按照热度排名的排行榜，按照发布时间的排行榜，按照各种复杂维度计算出的排行榜，Redis 提供了列表和有序集合的结构，合理地使用这些数据结构可以很方便地构建各种排行榜系统。

计数器应用：计数器在网站中的作用至关重要，例如视频网站有播放数、电商网站有浏览数，为了保证数据的实时性，每一次播放和浏览都要做加 1 的操作，如果并发量很大对于传统关系型数据的性能是一种挑战。Redis 天然支持计数功能而且计数的性能也非常好，可以说是计数器系统的重要选择。

社交网络：赞 / 踩、粉丝、共同好友 / 喜好、推送、下拉刷新等是社交网站的必备功能，由于社交网站访问量通常比较大，而且传统的关系型数据不太合适保存这种类型的数据，Redis 提供的数据结构可以相对比较容易地实现这些功能。

消息队列系统：消息队列系统可以说是一个大型网站的必备基础组件，因为其具有业务解耦、非实时业务削峰等特性。Redis 提供了发布订阅功能和阻塞队列的功能，虽然和专业的消息队列比还不够强大，但是对于一般的消息队列功能基本可以满足。

1.4.2 Redis 不可以做什么

实际上和任何一门技术一样，每个技术都有自己的应用场景和边界，也就是说 Redis 并不是万金油，有很多合适它解决的问题，但是也有很多不合适它解决的问题。我们可以站在数据规模和数据冷热的角度来进行分析。

站在数据规模的角度看，数据可以分为大规模数据和小规模数据，我们知道 Redis 的数据是存放在内存中的，虽然现在内存已经足够便宜，但是如果数据量非常大，例如每天有几亿的用户行为数据，使用 Redis 来存储的话，基本上是个无底洞，经济成本相当高。

站在数据冷热的角度，数据分为热数据和冷数据，热数据通常是指需要频繁操作的数据，反之为冷数据，例如对于视频网站来说，视频基本信息基本上在各个业务线都是经常要操作的数据，而用户的观看记录不一定经常需要访问的数据，这里暂且不讨论两者数据规模的差异，单纯站在数据冷热的角度上看，视频信息属于热数据，用户观看记录属于冷数据。如果将这些冷数据放在 Redis 上，基本上是对内存的一种浪费，但是对于一些热数据可以放在 Redis 中加速读写，也可以减轻后端存储的负载，可以说是事半功倍。

所以，Redis 并不是万金油，相信随着我们对 Redis 的逐步学习，能够清楚 Redis 真正的使用场景。

1.5 Redis 重大版本

Redis 借鉴了 Linux 操作系统对于版本号的命名规则：版本号第二位如果是奇数，则为非稳定版本（例如 2.7、2.9、3.1），如果是偶数，则为稳定版本（例如 2.6、2.8、3.0、3.2）。当前奇数版本就是下一个稳定版本的开发版本，例如 2.9 版本是 3.0 版本的开发版本。所以我们生产环境通常选取偶数版本的 Redis，如果对于某些新的特性想提前了解和使用，可以选择最新的奇数版本。目前最新的版本是 7.0 版本。