Redis

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介绍

Redis 是一个开源的使用 ANSI C 语言编写、遵守 BSD 协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value 数据库,并提供多种语言的 API的非关系型数据库。
传统数据库遵循 ACID 规则。而 Nosql(Not Only SQL 的缩写,是对不同于传统的关系型数据库的数据库管理系统的统称) 一般为分布式而分布式一般遵循 CAP 定理。
Github 源码:https://github.com/antirez/redis
Redis 官网:https://redis.io/

Redis支持的数据类型

String字符串
格式: set key value
string类型是二进制安全的。意思是redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象 。
string类型是Redis最基本的数据类型,一个键最大能存储512MB。

Hash(哈希)
格式: hmset name key1 value1 key2 value2
Redis hash 是一个键值(key=>value)对集合。
Redis hash是一个string类型的field和value的映射表,hash特别适合用于存储对象。

List(列表)
Redis 列表是简单的字符串列表,按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部(左边)或者尾部(右边)
格式: lpush name value
在 key 对应 list 的头部添加字符串元素
格式: rpush name value
在 key 对应 list 的尾部添加字符串元素
格式: lrem name index
key 对应 list 中删除 count 个和 value 相同的元素
格式: llen name
返回 key 对应 list 的长度

Set(集合)
格式: sadd name value
Redis的Set是string类型的无序集合。
集合是通过哈希表实现的,所以添加,删除,查找的复杂度都是O(1)。

zset(sorted set:有序集合)
格式: zadd name score value
Redis zset 和 set 一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员。
不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。
zset的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复。

Redis持久化

持久化就是把内存的数据写到磁盘中去,防止服务宕机了内存数据丢失。
Redis 提供了两种持久化方式:RDB(默认) 和AOF

RDB
rdb是Redis DataBase缩写
功能核心函数rdbSave(生成RDB文件)和rdbLoad(从文件加载内存)两个函数

AOF
Aof是Append-only file缩写

每当执行服务器(定时)任务或者函数时flushAppendOnlyFile 函数都会被调用, 这个函数执行以下两个工作
aof写入保存
WRITE:根据条件,将 aof_buf 中的缓存写入到 AOF 文件
SAVE:根据条件,调用 fsync 或 fdatasync 函数,将 AOF 文件保存到磁盘中。
比较
1、aof文件比rdb更新频率高,优先使用aof还原数据。
2、aof比rdb更安全也更大
3、rdb性能比aof好
4、如果两个都配了优先加载AOF

存储结构

RESP

RESP是redis客户端和服务端之前使用的一种通讯协议
RESP的特点:实现简单、快速解析、可读性好
For Simple Strings the first byte of the reply is “+” 回复
For Errors the first byte of the reply is “-” 错误
For Integers the first byte of the reply is “:” 整数
For Bulk Strings the first byte of the reply is “$” 字符串
For Arrays the first byte of the reply is “*” 数组

Redis架构模式

单机版

特点
简单
问题
1、内存容量有限
2、处理能力有限
3、无法高可用。

主从复制


Redis 的复制(replication)功能允许用户根据一个 Redis 服务器来创建任意多个该服务器的复制品,其中被复制的服务器为主服务器(master),而通过复制创建出来的服务器复制品则为从服务器(slave)。 只要主从服务器之间的网络连接正常,主从服务器两者会具有相同的数据,主服务器就会一直将发生在自己身上的数据更新同步 给从服务器,从而一直保证主从服务器的数据相同。

特点
1、master/slave 角色
2、master/slave 数据相同
3、降低 master 读压力在转交从库

问题
无法保证高可用
没有解决 master 写的压力

哨兵

Redis sentinel 是一个分布式系统中监控 redis 主从服务器,并在主服务器下线时自动进行故障转移。其中三个特性:
监控(Monitoring): Sentinel 会不断地检查你的主服务器和从服务器是否运作正常。
提醒(Notification): 当被监控的某个 Redis 服务器出现问题时, Sentinel 可以通过 API 向管理员或者其他应用程序发送通知。
自动故障迁移(Automatic failover): 当一个主服务器不能正常工作时, Sentinel 会开始一次自动故障迁移操作。

特点
1、保证高可用
2、监控各个节点
3、自动故障迁移

缺点
主从模式,切换需要时间丢数据
没有解决 master 写的压力

集群(proxy 型)


Twemproxy 是一个 Twitter 开源的一个 redis 和 memcache 快速/轻量级代理服务器; Twemproxy 是一个快速的单线程代理程序,支持 Memcached ASCII 协议和 redis 协议。
特点
1、多种 hash 算法:MD5、CRC16、CRC32、CRC32a、hsieh、murmur、Jenkins
2、支持失败节点自动删除
3、后端 Sharding 分片逻辑对业务透明,业务方的读写方式和操作单个 Redis 一致
缺点:
增加了新的 proxy,需要维护其高可用。
failover 逻辑需要自己实现,其本身不能支持故障的自动转移可扩展性差,进行扩缩容都需要手动干预
集群(直连型)

从redis 3.0之后版本支持redis-cluster集群,Redis-Cluster采用无中心结构,每个节点保存数据和整个集群状态,每个节点都和其他所有节点连接。

特点
1、无中心架构(不存在哪个节点影响性能瓶颈),少了 proxy 层。
2、数据按照 slot 存储分布在多个节点,节点间数据共享,可动态调整数据分布。
3、可扩展性,可线性扩展到 1000 个节点,节点可动态添加或删除。
4、高可用性,部分节点不可用时,集群仍可用。通过增加 Slave 做备份数据副本
5、实现故障自动 failover,节点之间通过 gossip 协议交换状态信息,用投票机制完成 Slave到 Master 的角色提升。

缺点
1、资源隔离性较差,容易出现相互影响的情况。
2、数据通过异步复制,不保证数据的强一致性

哈希算法和哈希槽

这两个问题篇幅过长 网上找了两个不错的文章
https://www.cnblogs.com/lpfuture/p/5796398.html
https://blog.csdn.net/z15732621582/article/details/79121213

Redis常用命令

Keys pattern
*表示区配所有
以bit开头的
查看Exists key是否存在

Set
设置 key 对应的值为 string 类型的 value。
setnx
设置 key 对应的值为 string 类型的 value。如果 key 已经存在,返回 0,nx 是 not exist 的意思。
删除某个key
第一次返回1 删除了 第二次返回0
Expire 设置过期时间(单位秒)
TTL查看剩下多少时间
返回负数则key失效,key不存在了

Setex
设置 key 对应的值为 string 类型的 value,并指定此键值对应的有效期。

Mset
一次设置多个 key 的值,成功返回 ok 表示所有的值都设置了,失败返回 0 表示没有任何值被设置。
Getset
设置 key 的值,并返回 key 的旧值。

Mget
一次获取多个 key 的值,如果对应 key 不存在,则对应返回 nil。

Incr
对 key 的值做加加操作,并返回新的值。注意 incr 一个不是 int 的 value 会返回错误,incr 一个不存在的 key,则设置 key 为 1

incrby
同 incr 类似,加指定值 ,key 不存在时候会设置 key,并认为原来的 value 是 0

Decr
对 key 的值做的是减减操作,decr 一个不存在 key,则设置 key 为-1

Decrby
同 decr,减指定值。

Append
给指定 key 的字符串值追加 value,返回新字符串值的长度。

Strlen
取指定 key 的 value 值的长度。

persist xxx(取消过期时间)

选择数据库(0-15库)
Select 0 //选择数据库
move age 1//把age 移动到1库
Randomkey随机返回一个key
Rename重命名
Type 返回数据类型

分布式锁

先拿setnx来争抢锁,抢到之后,再用expire给锁加一个过期时间防止锁忘记了释放。
set指令有非常复杂的参数,这个应该是可以同时把setnx和expire合成一条指令来用!

异步队列

一般使用list结构作为队列,rpush生产消息,lpop消费消息。当lpop没有消息的时候,要适当sleep一会再重试。

缺点
在消费者下线的情况下,生产的消息会丢失,得使用专业的消息队列如rabbitmq等。

多次消费
使用pub/sub主题订阅者模式,可以实现1:N的消息队列。

缓存穿透

一般的缓存系统,都是按照key去缓存查询,如果不存在对应的value,就应该去后端系统查找(比如DB)。一些恶意的请求会故意查询不存在的key,请求量很大,就会对后端系统造成很大的压力。这就叫做缓存穿透。

解决方案
1:对查询结果为空的情况也进行缓存,缓存时间设置短一点,或者该key对应的数据insert了之后清理缓存。
2:对一定不存在的key进行过滤。可以把所有的可能存在的key放到一个大的Bitmap中,查询时通过该bitmap过滤。

缓存雪崩

当缓存服务器重启或者大量缓存集中在某一个时间段失效,这样在失效的时候,会给后端系统带来很大压力。导致系统崩溃。

解决方案
1:在缓存失效后,通过加锁或者队列来控制读数据库写缓存的线程数量。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存,其他线程等待。
2:做二级缓存,A1为原始缓存,A2为拷贝缓存,A1失效时,可以访问A2,A1缓存失效时间设置为短期,A2设置为长期
3:不同的key,设置不同的过期时间,让缓存失效的时间点尽量均匀。



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