Redis 簡(jiǎn)介

Redis（Remote Dictionary Server）是一個(gè)開(kāi)源的高性能鍵值對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，最初由 Salvatore Sanfilippo 開(kāi)發(fā)，它在內(nèi)存中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并提供了持久化功能，可以將數(shù)據(jù)保存到磁盤(pán)中，是一種NoSQL(not-only sql,非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù))的數(shù)據(jù)庫(kù)。

它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十分豐富，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型包括：string（字符串）、list（列表，雙向鏈表）、hash（散列，鍵值對(duì)集合）、set（集合，不重復(fù)）和 sorted set（有序集合），這使得它不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的鍵值存儲(chǔ)，還可以用于存儲(chǔ)和處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)類(lèi)型和底層結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

底層實(shí)現(xiàn)的時(shí)間復(fù)雜度

可以看出除了 string 類(lèi)型的底層實(shí)現(xiàn)只有一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其他四種均有兩種底層實(shí)現(xiàn)，這四種類(lèi)型為集合類(lèi)型，其中一個(gè)鍵對(duì)應(yīng)了一個(gè)集合的數(shù)據(jù)。

Redis 特點(diǎn)/優(yōu)勢(shì)

Redis 具備許多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，所以在大規(guī)模應(yīng)用和高并發(fā)場(chǎng)景中得到廣泛應(yīng)用。

• 豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Redis 支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括字符串（String）、哈希（Hash）、列表（List）、集合（Set）、有序集合（Sorted Set）等。每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有豐富的操作命令，可以方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。
• 持久化：Redis 提供了兩種持久化方式，RDB（Redis Database）和 AOF（Append Only File）。RDB 是將數(shù)據(jù)庫(kù)在指定時(shí)間點(diǎn)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到磁盤(pán)的快照持久化方式，AOF 是將寫(xiě)操作追加到文件末尾的日志持久化方式。這兩種方式可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇，保證數(shù)據(jù)在服務(wù)器重啟后不會(huì)丟失。
• 高性能：Redis 是一種內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，因此讀寫(xiě)速度非?？?。它采用單線(xiàn)程模型，避免了多線(xiàn)程帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，使得 Redis 能夠充分利用 CPU 和內(nèi)存資源。
• 支持事務(wù)：Redis 支持事務(wù)操作，可以將多個(gè)命令打包執(zhí)行，保證這些命令要么全部執(zhí)行成功，要么全部失敗，保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。雖然 Redis 在單個(gè)命令的執(zhí)行上是原子性的，但是多個(gè)命令的組合并不是原子性的，通過(guò)事務(wù)可以實(shí)現(xiàn)一組命令的原子性執(zhí)行。
• 高可用與分布式：Redis 支持主從復(fù)制、哨兵和集群等功能，可以構(gòu)建高可用和分布式的 Redis 架構(gòu)。主從復(fù)制可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的熱備份和讀寫(xiě)分離，哨兵可以監(jiān)控 Redis 的健康狀態(tài)并進(jìn)行自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移，集群可以將數(shù)據(jù)分布在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，提高性能和擴(kuò)展性。
• 發(fā)布訂閱：Redis 支持發(fā)布訂閱模式，可以實(shí)現(xiàn)消息的發(fā)布和訂閱。發(fā)布者將消息發(fā)布到指定的頻道，訂閱者可以訂閱感興趣的頻道并接收相應(yīng)的消息，實(shí)現(xiàn)了解耦和實(shí)時(shí)通信。

Redis 為什么很快

• 內(nèi)存存儲(chǔ)：Redis將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，而不是像傳統(tǒng)的磁盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)那樣將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到硬盤(pán)上。由于內(nèi)存的讀寫(xiě)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于磁盤(pán)，因此Redis能夠?qū)崿F(xiàn)極快的讀寫(xiě)性能。
• 單線(xiàn)程模型：Redis采用單線(xiàn)程模型，每個(gè)Redis實(shí)例都由單個(gè)主線(xiàn)程來(lái)處理所有的客戶(hù)端請(qǐng)求。雖然單線(xiàn)程看起來(lái)似乎會(huì)限制其性能，但這實(shí)際上是Redis的一大優(yōu)勢(shì)。單線(xiàn)程模型消除了多線(xiàn)程之間的競(jìng)爭(zhēng)和鎖等開(kāi)銷(xiāo)，使得Redis能夠充分利用CPU資源，并且避免了多線(xiàn)程帶來(lái)的復(fù)雜性。此外，Redis在內(nèi)部使用了I/O多路復(fù)用技術(shù)（例如epoll或kqueue）來(lái)處理并發(fā)請(qǐng)求，使得單線(xiàn)程能夠同時(shí)處理多個(gè)客戶(hù)端連接。
• 非阻塞IO：Redis使用了非阻塞IO，也就是在讀寫(xiě)操作時(shí)不會(huì)阻塞其他操作。在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，如果內(nèi)存中沒(méi)有所需的數(shù)據(jù)，Redis會(huì)立即返回一個(gè)空結(jié)果，而不會(huì)等待數(shù)據(jù)從磁盤(pán)加載進(jìn)來(lái)。這樣即使在高并發(fā)情況下，Redis也能夠快速地響應(yīng)請(qǐng)求。
• 高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Redis支持多種高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如字符串、哈希、列表、集合、有序集合等。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)都非常高效，能夠在常量時(shí)間內(nèi)完成查找、插入、刪除等操作，保證了Redis的高速性能。
• 異步操作：Redis支持異步操作，比如異步持久化和異步復(fù)制。異步操作能夠讓Redis在進(jìn)行磁盤(pán)持久化和主從復(fù)制時(shí)不會(huì)阻塞其他操作，提高了整體的性能。
• 優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：Redis使用RESP（Redis Serialization Protocol）作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，RESP是一種簡(jiǎn)單、高效的二進(jìn)制協(xié)議。RESP協(xié)議的設(shè)計(jì)使得網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量盡可能地減少，減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拈_(kāi)銷(xiāo)，提高了性能。
• 原子性操作：Redis支持很多原子性操作，比如INCR、DECR、SETNX等。原子性操作能夠在一條命令中完成多個(gè)操作，而且這些操作是不可中斷的，保證了數(shù)據(jù)的一致性。

應(yīng)用場(chǎng)景

由于 Redis 具備高性能、豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和多種特性，它的主要應(yīng)用場(chǎng)景如下：

• 緩存：作為緩存數(shù)據(jù)庫(kù)，Redis 可以將經(jīng)常訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，避免頻繁讀寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)，提高應(yīng)用的響應(yīng)速度。緩存可以存儲(chǔ)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，減輕后端數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力，提高系統(tǒng)的吞吐量。
• 計(jì)數(shù)器：利用 Redis 的原子性操作，可以實(shí)現(xiàn)高效的計(jì)數(shù)器功能，比如網(wǎng)站的點(diǎn)贊、瀏覽次數(shù)等統(tǒng)計(jì)功能。由于 Redis 原子性操作的特性，計(jì)數(shù)器的更新可以并發(fā)執(zhí)行而不會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。
• 消息隊(duì)列：Redis 的發(fā)布訂閱功能和列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的消息隊(duì)列，用于解耦系統(tǒng)的各個(gè)模塊。生產(chǎn)者將消息發(fā)布到指定頻道，消費(fèi)者訂閱感興趣的頻道并處理消息，實(shí)現(xiàn)異步消息傳遞。
• 排行榜：使用有序集合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)排行榜功能，比如游戲中的玩家排名。通過(guò)有序集合的分?jǐn)?shù)屬性，可以對(duì)玩家的得分進(jìn)行排序和排名，實(shí)時(shí)顯示排行榜。
• 會(huì)話(huà)緩存：在 Web 應(yīng)用中，可以使用 Redis 存儲(chǔ)用戶(hù)的會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)分布式會(huì)話(huà)管理。用戶(hù)登錄后，可以將會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 Redis 中，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)服務(wù)器之間的會(huì)話(huà)共享。
• 微信搜索公眾號(hào)：架構(gòu)師指南，回復(fù)：架構(gòu)師 領(lǐng)取資料 。
  

如何安裝和使用

安裝 Redis 非常簡(jiǎn)單，可以通過(guò)官方網(wǎng)站下載源代碼進(jìn)行編譯安裝，也可以使用包管理工具安裝。對(duì)于 Ubuntu 系統(tǒng)，可以使用以下命令安裝 Redis：

bashCopy codesudo apt update
sudo apt install redis-server

安裝完成后，可以使用以下命令啟動(dòng) Redis 服務(wù)：

bashCopy code
sudo systemctl start redis-server

連接 Redis 服務(wù)器可以使用 redis-cli 命令行工具：

bashCopy code
redis-cli

5. 常用命令

• 設(shè)置鍵值對(duì)：

bashCopy code
SET key value

• 獲取鍵值對(duì)：

bashCopy code
GET key

• 設(shè)置過(guò)期時(shí)間：

bashCopy code
SETEX key seconds value

• 刪除鍵：

bashCopy code
DEL key

• 使用列表：

bashCopy codeLPUSH list_key value1 value2 value3   # 從左側(cè)插入元素
RPUSH list_key value4 value5          # 從右側(cè)插入元素
LRANGE list_key 0 -1                  # 獲取所有元素

總結(jié)

Redis 是一款功能強(qiáng)大且廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)景的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)。它的快速讀寫(xiě)性能、豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和多種特性使得它成為處理高速數(shù)據(jù)和構(gòu)建高可用、分布式系統(tǒng)的理想選擇。無(wú)論是作為緩存、計(jì)數(shù)器、消息隊(duì)列還是會(huì)話(huà)緩存，Redis 都能發(fā)揮出色的性能。

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