【redis】初识非关系型数据库——redis

W...Y的主页 😊

代码仓库分享💕 

初识 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再内存中，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号Redis，它就会像⼀把瑞⼠军⼑⼀样所向披靡。

 redis特性

Redis之所以受到如此多公司的⻘睐，必然有之过⼈之处，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。 

2. 基于键值对的数据结构服务器
⼏乎所有的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REmoteDictionaryServer，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（orderedset/
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，Redis3.2.版本种加⼊
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，这样客⼾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，⽽且也使得客⼾端开发变得简单。
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. 客⼾端语⾔多
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的客⼾端语⾔也⾮常多，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的客⼾端使⽤做详细说明。

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，即可以⽤两种策略将内存的数据保存到硬盘中（如图所⽰），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。

 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。

 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（RedisCluster），是真正的分布式实现，提供了⾼可⽤、读写和容量的扩展性。

Redis使用场景 

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，建议先学习为⼤家准备的《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。

1. 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。⼀个合理的缓存设计能够为⼀个⽹站的稳定保驾护航。 

2. 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。 

3. 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。

4. 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。 

5. 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⾜够强⼤，但是对于⼀般的消息队列功能基本可以满⾜。 

Redis不可以做什么
实际上和任何⼀⻔技术⼀样，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⻆度来进⾏分析。
站在数据规模的⻆度看，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⼾⾏为数
据，使⽤Redis来存储的话，基本上是个⽆底洞，经济成本相当⾼。
站在数据冷热的⻆度，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，⽽⽤⼾的观看记录不⼀定是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⻆度上看，视频信息属于热数据，⽤⼾观看记录属于冷数据。如果将这些冷数据放在Redis上，基本上是对于内存的⼀种浪费，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。