当前位置: 首页 > article >正文

Redis总结(官方文档解读)

定义

      Redis是一个开源的,基于内存的数据结构存储系统,可以用作数据库、缓存和消息中间件。

特征

  • 高性能

  • 支持丰富的数据类型

  • 丰富的操作类型,操作是原子性的

  • 支持周期性持久化

  • 支持分布式

  • 开源免费,社区活跃

数据类型

数据类型

解释

使用场景

基本命令

string

最简单的值类型。字符串存储字节序列,包括文本、序列化对象和二进制数组。单个Redis 字符串最大可以为512MB

hash

Redis 哈希是一种记录类型,其结构为字段值对的集合。

list

Redis 列表是字符串值的链接列表

set

Redis 集合是唯一字符串(成员)的无序集合

zset

Redis 有序集是按相关分数排序的唯一字符串(成员)的集合。当多个字符串具有相同的分数时,这些字符串将按字典顺序排序

Stream

Redis Stream 是 Redis 5.0 版本引入的一种新的数据结构,Redis 可为每个流条目生成一个唯一 ID,用于实现消息队列的功能。Stream 是一种有序的、可持久化的数据结构,可以用来存储多个字段和值对的消息记录。

Bitmap

位图不是实际的数据类型,而是一组定义在字符串类型上的面向位的操作,该字符串被视为位向量。由于字符串是二进制安全的 blob,其最大长度为 512 MB,因此它们适合设置最多 2^32 个不同的位。

Bitfield

Redis 位域允许您设置、递增和获取任意位长度的整数值。

这些值使用二进制编码的 Redis 字符串存储。位字段支持原子读取、写入和增量操作。

Geospatial

Redis 地理空间索引可让您存储坐标并搜索它们。

  • 查找给定半径或边界框内的附近点

过期策略

  • 惰性删除。查询key 的时候才对key进行检测。若key已经过期则删除,若key没有过期则返回。缺点是如果过期的key 一直没有被访问,则会一直无法被删除,存在于内存中。

  • 定期删除。redis 每隔一段时间对数据库做一次检查,删除里面过期的key。由于不可能对所有key 做轮询,所以redis 会每次随机选取一些key 做检查和删除。

  • 内存淘汰机制

    • volatile-lru:针对设置了过期时间的key,使用lru(最近很少使用)算法进行淘汰

    • allkeys-lru:针对所有key 使用lru算法进行淘汰

    • volatile-lfu:针对设置了过期时间的key,使用lfu(最近不经常使用)算法进行淘汰

    • allkeys-lfu:针对所有key 使用lfu 算法进行淘汰

    • volatile-random:从所有设置了过期时间的key 中使用随机淘汰方式进行淘汰

    • allkeys-random:针对所有的key 使用随机淘汰机制进行淘汰

    • volatile-ttl:针对设置了过期时间的key,越早过期的越先被淘汰

    • noeviction:不会淘汰任何数据,当使用的内存空间超过maxmemory是时,再有写请求来时返回错误

持久化方案

 Redis 提供了一系列持久性选项包括:

  • RDB(Redis 数据库):RDB 持久性会按照指定的时间间隔对数据集执行时间点快照。

  • AOF(仅追加文件):AOF 持久性记录服务器收到的每个写入操作。然后可以在服务器启动时再次重放这些操作,重建原始数据集。命令使用与Redis 协议本身相同的格式进行记录。

  • 无持久性:您可以完全禁用持久性。这有时在缓存时使用。

  • RDB + AOF:您还可以在同一实例中结合使用AOF 和RDB

RDB

  • 优点

    • RDB 是 Redis 数据的一个非常紧凑的单文件时间点表示。RDB 文件非常适合备份。例如,您可能希望每小时存档最近 24 小时内的 RDB 文件,并每天保存 30 天的 RDB 快照。这样,您就可以在发生灾难时轻松恢复数据集的不同版本。

    • RDB 非常适合灾难恢复,它是一个单一的紧凑文件,可以传输到远程数据中心,或者传输到 Amazon S3(可能加密)。

    • RDB 可最大程度地提高 Redis 的性能,因为 Redis 父进程为了持久化所需要做的唯一工作就是派生一个子进程,然后由子进程来完成其余所有工作。父进程永远不会执行磁盘 I/O 或类似操作。

    • 与 AOF 相比,RDB 允许使用大数据集更快地重启

    • 在副本上,RDB 支持重启和故障转移后的部分重新同步。

  • 缺点

    • 如果您需要尽量减少 Redis 停止工作(例如断电后)时数据丢失的可能性,那么 RDB 并不是一个好选择。您可以配置生成 RDB 的不同保存点(例如,在至少五分钟后对数据集进行 100 次写入后,您可以有多个保存点)。但是,您通常每五分钟或更长时间创建一个 RDB 快照,因此,如果 Redis 因任何原因而未正确关闭而停止工作,您应该准备好丢失最近几分钟的数据。

    • RDB 需要经常使用子进程 fork() 才能将其持久保存在磁盘上。如果数据集很大,fork() 可能会很耗时,如果数据集很大且 CPU 性能不佳,可能会导致 Redis 停止为客户端提供服务几毫秒甚至一秒钟。AOF 也需要 fork(),但频率较低,您可以调整重写日志的频率,而无需牺牲持久性。

AOF

  • 优点

    • 使用 AOF Redis 的持久性更强:您可以采用不同的 fsync 策略:完全不进行 fsync、每秒进行 fsync、每次查询时进行 fsync。使用每秒进行 fsync 的默认策略,写入性能仍然很好。fsync 使用后台线程执行,主线程会在没有 fsync 进行时尽力执行写入,因此您只会丢失一秒钟的写入。

    • AOF 日志是仅附加日志,因此不会出现寻道,也不会在断电时出现损坏问题。即使日志因某种原因(磁盘已满或其他原因)以半写命令结束,redis-check-aof 工具也能够轻松修复它。

    • 当 AOF 太大时,Redis 能够在后台自动重写。重写是完全安全的,因为 Redis 在继续向旧文件追加内容的同时,会使用创建当前数据集所需的最少操作集生成一个全新的文件,并且一旦第二个文件准备就绪,Redis 就会切换这两个文件并开始向新文件追加内容。

    • AOF 以易于理解和解析的格式逐一记录所有操作的日志。您甚至可以轻松导出 AOF 文件。例如,即使您不小心使用该FLUSHALL命令刷新了所有内容,只要在此期间没有执行日志重写,您仍然可以通过停止服务器、删除最新命令并重新启动 Redis 来保存数据集。

  • 缺点

    • 对于同一数据集,AOF 文件通常比等效的 RDB 文件更大

    • 根据确切的 fsync 策略,AOF 可能比 RDB 慢。一般来说,将 fsync 设置为每秒一次时,性能仍然非常高,而禁用 fsync 时,即使在高负载下,它也应该与 RDB 一样快。即使在写入负载巨大的情况下,RDB 仍能够提供更多关于最大延迟的保证。

RDB/AOF 对比

-

RDB

AOF

说明

把当前内存中的数据集快照写入磁盘。恢复时是将快照文件直接读到内存里。

通过持续不断的保存Redis 服务器所执行的更新命令来记录数据库状态,类似mysql 的 binlog。恢复数据时要从头开始回放更新命令

磁盘刷新频率

文件大小

数据恢复效率

数据安全

分布式方案

分片方案

客户端分片

将分片工作放在业务程序端。不依赖于第三方分布式中间件,实现方法和代码可控,对开发人员要求高。

代理分片

将分片工作交给专门的代理程序来做,运维方案。代表:Twemproxy,Codis

服务器分片

Redis Cluster 将所有key映射到16384个slot 中,集群中每个redis 实例负责一部分,业务程序通过集成的redis cluster 客户端进行操作

主从复制

        主从复制是redis 最基本、最常用的同步方式。它的原理是将主节点的数据复制到从节点,使得从节点的数据与主节点保持一致。主从复制是异步的,从节点与主节点的数据不是实时同步的。如果主节点发生故障,从节点可能会因为数据延迟而出现数据丢失的情况。

集群模式

        Redis集群是Redis提供的分布式数据库方案,它将数据分散在多个节点上,每个节点都包含整个数据集的一部分。Redis集群通过分片来分布数据,每个节点负责数据集的一个片段。集群中的每个分片都可以有一个或多个从节点,用于故障转移和高可用性。

哨兵模式

        除了主从复制外,Redis 还提供了哨兵模式作为高可用性解决方案。哨兵模式可以自动检测主节点的状态。当主节点发生故障时,会自动将一个从节点切换为主节点。切换过程中,从节点会先将自己的数据与主节点保持一致,然后才能成为新的主节点。因此,在哨兵模式下,数据同步的过程与主从复制类似,但是其实现方式更加自动化。

缓存方案

        redis 用作缓存组件时,其基于内存的读写特性,比基于磁盘读写的数据库性能要高很多,适合缓存高频热点的数据,来提高读性能。这样可以降低对数据库服务器的查询请求,提高系统性能。

数据一致性

读写步骤

        在使用缓存与数据库保持一致性的场景中,通常遵循以下读写步骤来确保数据的一致性。

  • 读取操作:

  1. 检查缓存:客户端发起读取请求时,首先在缓存中查找所需数据。

  1. 缓存命中:如果缓存中有数据(缓存命中),则直接返回缓存中的数据给客户端。

  2. 缓存未命中:

    1. 如果缓存中没有数据(缓存未命中),则从数据库中读取数据。

    2. 将从数据库中读取的数据写入缓存,以便下次可以直接从缓存中读取。

    3. 返回数据库中的数据给客户端。

  • 写入操作:

  1. 更新数据库:客户端发起写入请求时,首先更新数据库中的数据。

  2. 失效缓存:在数据库更新成功后,立即使缓存中的相关数据失效或更新缓存中的数据。这样可以确保下次读取操作时,客户端能够从数据库中获取最新的数据。

分布式锁
  • 使用分布式锁来保证在更新数据库和失效缓存的过程中,不会有其他并发操作干扰。
读写串行化
  • 通过队列等机制,确保对同一数据的读写操作不会并发执行。
订阅数据库变更
  • 通过订阅数据库的变更日志(如 MySQL 的 Binlog),在数据变更时自动更新或失效缓存。

缓存异常

缓存穿透
  • 定义

    • 缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据,由于缓存中不存在该数据,每次请求都会落到数据库上,从而可能导致数据库压力过大甚至崩溃。

  • 造成原因

    • 恶意攻击,造成大量访问不存在的key

  • 解决方案

    • 缓存空对象:对于查询结果为空的键,也将其存入缓存,并设置一个较短的过期时间。这样,即使是不存在的数据也会被缓存,从而避免频繁查询数据库。

    • 布隆过滤器:在访问缓存之前,使用布隆过滤器检查数据是否可能存在。如果布隆过滤器判断数据不存在,则直接返回,不查询缓存和数据库。

    • 接口限流:对于访问频率极高的请求,可以使用接口限流来防止恶意攻击。

    • 安全性检查:应用程序检查key的合法性,提前拒绝不合法请求;检查请求来源IP,限制访问次数,或设置黑名单。

          

缓存雪崩
  • 定义

    • 缓存雪崩是指缓存中大量数据同时过期或者缓存服务突然宕机,导致大量请求直接落到数据库上,引起数据库压力骤增,甚至导致数据库崩溃。

  • 造成原因

    • redis故障、比如redis 宕机

    • 网络出现抖动

  • 解决方案

    • 设置不同的过期时间:为缓存数据设置不同的过期时间,避免大量数据同时过期。

    • 使用持久化缓存:比如Redis的RDB或AOF持久化功能,即使服务重启,也能快速恢复缓存数据。

    • 服务熔断和限流:在缓存失效或者服务故障时,通过服务熔断和限流来保护后端系统。

    • 多级缓存:构建多级缓存架构,例如本地缓存+分布式缓存,即使分布式缓存出现问题,本地缓存仍能提供一定的保护。

缓存击穿
  • 定义

    • 缓存击穿是指某个热点数据在缓存中过期,而此时大量并发请求访问该数据,导致这些请求都落到数据库上,从而可能引起数据库压力过大。

  • 造成原因

    • 热点key 设置了太短的过期时间

  • 解决方案

    • 热点数据永不过期:对于热点数据,可以设置永不过期或者过期时间非常长。

    • 互斥锁:在缓存失效时,通过互斥锁来保证同一时间只有一个请求去查询数据库,并更新缓存,其他请求等待缓存更新完成后再返回数据。

    • 数据热加载:使用后台线程或者定时任务,预先加载热点数据至缓存中。

Redis 使用Lua 脚本

        Redis 允许用户在服务器上上传和执行 Lua 脚本。脚本可以使用编程控制结构,并在执行时使用大多数命令来访问数据库。由于脚本在服务器中执行,因此从脚本读取和写入数据非常高效。

Redis 事务

        Redis 中的事务处理是通过 MULTIEXECDISCARD 和 WATCH 命令来实现的。Redis 的事务允许一组命令在单个步骤中按顺序执行,确保这些命令作为一个单独的操作被处理。

  • 以下是 Redis 事务处理的关键点

    • 事务中的所有命令都是序列化的,并按顺序执行

    • 在 Redis 事务执行过程中,其他客户端发送的请求永远不会得到处理。这保证了命令作为单个隔离操作执行。

  • 命令

    • MULTI

      • MULTI 命令用于开始一个事务。在发出 MULTI 命令后,客户端可以发出多个命令,这些命令不会立即被执行,而是被放入一个队列中。

    • ​​​​​​​EXEC

      • MULTI 命令之后,你可以发送多个命令到队列中。当所有的命令都添加到事务队列后,使用 EXEC 命令来执行所有队列中的命令。

    • ​​​​​​​DISCARD

      • 如果你在执行事务之前改变主意,可以使用 DISCARD 命令来取消事务,并丢弃事务队列中的所有命令。

    • ​​​​​​​WATCH

      • 在事务开始之前,你可以使用 WATCH 命令来监控一个或多个键。如果在事务执行前这些键被修改(通过其他客户端),则 EXEC 命令将不会执行事务中的任何命令,而是返回一个空回复。这种机制可以用作乐观锁。

  • 注意事项

        Redis 事务不支持回滚,如果事务中的某个命令执行失败,那么事务中的其他命令仍然会执行。

Redis 发布/订阅

        Redis 的发布/订阅(Publish/Subscribe)模式是一种消息传递范式,允许客户端订阅一个或多个频道(channel),并接收来自这些频道的消息。在这种模式中,发送者(发布者)发布消息到一个频道,而接收者(订阅者)监听这个频道以接收消息。

  • 基本概念

    • 发布者(Publisher):发布消息到频道。

    • 订阅者(Subscriber):订阅一个或多个频道,以接收来自这些频道的消息。

    • 频道(Channel):消息传递的通道,发布者和订阅者通过频道进行消息的发送和接收。

  • 常用命令

    • SUBSCRIBE:订阅一个或多个频道。

      • SUBSCRIBE channel [channel ...]

    • ​​​​​​​UNSUBSCRIBE: 退订一个或多个频道。

      • UNSUBSCRIBE [channel [channel ...]]

    • ​​​​​​​PUBLISH:向指定频道发送消息。

      • PUBLISH channel message

    • ​​​​​​​PSUBSCRIBE:订阅一个或多个符合给定模式的频道。

      • PSUBSCRIBE pattern [pattern ...]

    • ​​​​​​​PUNSUBSCRIBE:退订一个或多个符合给定模式的频道。

      • PUNSUBSCRIBE [pattern [pattern ...]]

  • 注意事项

    • 发布/订阅消息是异步的,发布者不会知道消息是否被成功接收。

    • 如果没有订阅者监听某个频道,那么向该频道发布的消息将不会被任何人接收。

    • 订阅者在订阅频道时处于阻塞状态,只能接收消息或通过退订来退出阻塞状态。

    • 发布/订阅模式不支持消息持久化,如果 Redis 服务重启,所有订阅信息和发布过的消息都会丢失。

比较

Redis 与 Mysql 的区别

Redis 与 Memcache 的区别

参考文献

Redis 官方文档:Develop with Redis | Docs


http://www.kler.cn/a/355010.html

相关文章:

  • 数据流图和流程图的区别
  • Asp.Net FrameWork 4.7.2 WebAPI 使用WebSocket协议
  • Java爬虫获取1688 item_search_img接口详细解析
  • Java字符串的|分隔符转List实现方案
  • 西游记战力排名、笔记等
  • 全脐点曲面当且仅当平面或者球面的一部分
  • 【工具篇】MLU运行XInference部署手册
  • 安全见闻笔记
  • 春日学习伴侣:Spring Boot答疑平台
  • 03.顺序表实现
  • JS_用发布订阅模式解耦
  • 云手机:社交平台运营的热门工具
  • 王爽汇编语言第三版实验1
  • 基于springboot的学习平台系统
  • 两种常见的磁盘分区样式及它们的区别总结
  • HttpUtils 详解
  • k8s jenkins 2.421动态创建slave
  • linux 内核如何读取你配置好的.config文件
  • 【CentOS】Shell脚本案例:归档文件
  • C++从入门到起飞之——红黑树 全方位剖析!
  • 【Flutter 面试题】 Flutter如何使用路由、全局错误捕获和自定义组件统一管理错误页面?
  • SpringBoot3响应式编程全套-R2DBC
  • 模板方法设计模式
  • hdfs API操作 hadoop3.3.5
  • java项目技术架构图-样例
  • mysql--表的约束