简介
Redis作为重要的缓存数据库在高并发的解决方案中起着重要作用。为了系统的学习Redis，也为了秋招（美团比较关注Redis 的掌握），计划编写该系列博客，也是为了整理知识点。
本篇主要介绍了Redis的基础知识与原理。之后将更新Redis的分布式相关知识和实际使用会用到的操作。希望读完这三篇文章可以完全掌握Redis的使用！
NoSQL
Not Only SQL的简称。NoSQL是解决传统的RDBMS在应对某些问题时比较乏力而提出的。具体的表现如下：
- RDBMS依赖的表结构扩展性差，当表很多时，修改表结构的成本会很高；
- IO较慢：虽然引入了索引，但是还是会存在索引失效的问题；
- 海量数据处理乏力：由于1和2，导致了3。
关系型数据库和NoSQL数据库的关系从来都不是谁取代谁，而是在一个复杂的高并发系统中相互增益，共同为系统提供可用性。
主流分支
- KV数据库
- Redis：KV主存数据库，所有的操作在主存中。并 定期异步地将数据进行持久化。但是数据库提供 性能会受主存大小的影响，主存成本高。
- 列族数据库 HBASE就是列族数据库，虽然没有改变传统的数据库结构，但是其对数据分析的支持会更好。
- Cassandra：是Facebook的分布式数据库。其优点是 1）该数据库的设计模式非常灵活，不需要先 设计数据库模式，添加或删除字段非常方便;2)支持范围查询，即可以对键进行范围查询;3)高可扩展 性:单点故障不影响整个集群，支持线性扩展。
- Hypertable：也是一个开源的分布式数据库，其使用的是bigtable。面向的是大规模的分布式集 群，比如HDFS和KFS。
- 文档数据库
文档数据库并不关心高性能的读写并发，而是保证大数据的存储和良好的查询性能。
- MongoDB：介于关系型数据库和 非关系型数据库之间，支持许多数据格式和高速访存。
- CouchDB：支持JSON和AtomPub。为了确保数据一致性，CouchDB符合ACID属性。
Redis简介
Remote Dictionary Server的简称。特点是在主存中存储数据。主存的特点是：IO快，易失性，成本高。
这个特点使得：
- Redis不适合存储大文件；
- 不适合存储需要持久化的文件；
- 适合存储热点数据（要求快速IO）；
- 适合存储具有一定生命周期的数据（当生命周期结束就被销毁或者持久化到磁盘上）。
在Redis中， 数据的存储有两种格式：RDB和AOF。RDB记录的是真实的数据，AOF记录的对数据的操作，且在Redis中会对操作进行重写（对可以合并和简化的操作进行重写）。AOF的效率更好，但是RDB采用压缩存储，存储效率高。
Redis数据类型
Redis是KV数据库，所有的Key都是字符串且唯一，数据类型指的是value的类型。
| redis | java |
|---|---|
| string | String |
| hash | HashMap |
| list | LinkedList |
| set | HashSet |
| sorted_set | TreeSet |
Redis有16个数据库可以使用。默认使用的是0号数据库。使用select index的方式切换数据库。
key的命名规则
key的操作
1. 基本操作操作
在分布式的场景下，保证多个节点存储的key不冲突是一个很关键的点。
#删除
del key
# 获取
get key
# 模糊查询 ？表示一个占位符 *表示任意长度任意字符 []指定若干字符
keys pattern
#类型
type key
# 自增操作
incr key increment
incrbyfloat key increment
由于key是一个字符串，所以在进行操作时会转化成数值来进行计算。由于Redis是单线程的，命令的执行是先后顺序的，所以不用担心并发引发的数据一致性问题。
2. 设置生命周期
由于redis是采用主存存储，因此通常存储的是具有一定生命周期的数据。
# 设置生命周期
expire key seconds
pexpire key milliseconds
expireat key timestamp
pexpireat key milliseconds-timestamp# 获取生命周期
ttl key
pttl key #时间戳# 持久化
persist key
String类型
String类型是一种一对一的映射关系。
| key | value |
|---|---|
| name | 咸鱼突刺 |
| age | 18 |
操作：
# 添加数据
set key value# 获取
get key# 删除
del key# 添加多个
mset key1 value1 key2 value2...# 获取多个
mget key1 key2 ...# 获取字符串长度
strlen key1# 在字符串后追加字符串
append key value
Hash类型
如果我们需要一个key对应多个value时就需要使用hash结构。相当于在string的基础上嵌套了多个结构。Hash的value 中只能存储字符串，且每个键值对的存储上限是 2^32 -1。
如果filed数据较少，底层的存储结构采用数组的方式，如果较多采用HashMap的形式。
# 新增数据
hset key field value
hmset key field1 value1 field2 value2...
hsetnx key field value# 获取数据
hget key field
hgetall key
hkeys key
hvals key# 删除数据
hedel key field1 field2....# 获取字段的数量
hlen key# 判断是否存在
hexists key field
list类型
list是序列结构，即各个元素之间有位置上的关系。redis中的list实现是 双向链表，逻辑结构为队列。根据队列的特点，不难猜出对list的操作应该包括在双端的操作。key相当于是一个指针。
# 添加数据
lpush key value1 value2
rpush key value1 value2# 获取数据
lrange key start stop# 获取指定位置的value
lindex key index# 获取长度
llen key# 获取并移除
lpop key
lpop key# 规定时间内获取并移除数据
blpop key1 [key2] timeout
brpop key1 [key2] timeout# 移除指定数据
lrem key count value
set类型
set的定位和数学中的集合一致。set的查询效率高，且可以存大量的 数据。其存储结构和Hash结构完全 一致，但是其value的值为空。
常用来解决：
- 数据的快速过滤和查找；
- 存储用户的权限等对顺序没有要求的内容。
# 添加数据
sadd key member1 [member2]# 获取全部数据
smembers key# 删除数据
srem key member1 [member2]# 获取数据量
scard key
# 是否包含某个member
sismember key member# 随机获取指定数量的数据
srandmember key [count]# 随机获取一个数据并移除
spop key# 集合运算
sinter key1 [key2]
sunion key1 [key2]
sdiff key1 [key2]# 集合运算并保存结果
sinterstore destSet key1 [key2]
sunionstore destSet key1 [key2]
sdiffstore destSet key1 [key2]# 将指定数据从原始集合移动到目标集合
smove source dest member
zset类型
是一种有序的数据结构。score就是判断的规则。sorted_set在set的基础上加入了一个score字段，按照这个字段排序。
# 添加数据
zadd key score1 member1 [score2 member2]# 获取全部数据
zrange key start end [withscore]
zrevrange key start end [withscore]# 删除数据
zrem key member# 按条件查找数据 limit指定是个数
zrangebyscore key min max [withscore] [limit]
zrevrangebyscore key max min [withscore] [limit]# 获取数据对应的索引
zrank key member
zrevrank key member# 获取score值
zscore key member
zincrby key increment memeber# 按照条件删除数据
zremrangebyrank key start end
zremreangebyscore key min max# 获取集合总量
zcard key
zcount key min max# 集合操作：交集会将key相同的score相加
zinterstore destSet numkeys key1 [key2]
zunionstore destSet numkeys key1 [key2]
Redis的持久化
持久化就将数据存储在本地磁盘，为了数据的恢复。通常的方式有：AOF和RDB。
RDB详解
开启RDB的指令有两种：
save指令 ，一旦执行，CPU会立刻去对数据进行持久化 ，但是由于Redis是单线程的，当数据量很大，会导致长时间的阻塞；bgsave指令，一旦执行Redis会在CPU空闲时执行持久化 操作。
RDB配置
AOF(Append Only File)
记录的是对数据的操作。读操作不用记录，修改操作记录。 AOF之所以效率高，是因为其采用指令重新写机制，将可以合并且简化得到指令重写，大大减少了文件体积。比如用户的单个插入会被整合成mset的形式。
AOF三种写策略：
-
always：每次发生变化就写一次，效率低
-
everysec：每秒将缓冲区的指令同步到缓冲区，准确率高，性能好。
-
no：系统控制，不建议使用。
AOF功能开启
# 开启AOF
appendonly yes|no# AOF写数据策略
appendfsync always|everysec|no# 日志文件名
appendfilename filename
# 地址
dir path
AOF重写
AOF重写是为了压缩AOF文件的大小。通过指令重拍和组合来减少不必要的操作。
- 手动重写
bgrewriteaof - 自动重写
auto-aof-rewrite-min-size size auto-aof-rewrite-min-percentage percentage
AOF与RDB的比较
| 持久化方式 | RDB | AOF |
|---|---|---|
| 占用空间 | 小（数据压缩） | 大（指令重写） |
| 存储速度 | 慢 | 快 |
| 恢复速度 | 快 | 慢 |
| 资源消耗 | 高 | 低 |
| 启动优先级 | 低 | 高 |
Redis事务
# 开始事务,之后的所有指令都是属于该事务的
multi# 取消事务
discard#执行事务
exec
Redis锁
为了在事务过程中保持数据的操作不出错，redis中引入了锁的概念。这个锁就是设置一个string，对某个字段column设 锁就是setnx lock-column value，这个value设置的就是我们操作的数值，每个业务进入之后就对这个value进行修改。
同时还需要配合expire防止程序卡死导致锁无法释放。
注意：Redis中setnx操作是原子性操作。
# 监听key
watch key1 key2..
# 取消监听
unwatch
Redis删除策略
Redis所占内存成本太高，要求定期移过期数据，以缓解内存的压力。有以下几种删除策略。
-
定时删除：设置一个定时器，对过期的数据定期清洗。虽然可以保证内存中没有过期的数据 ，但是会对CPU造成巨大压力。
-
惰性删除：当我们使用一个数据的时候再去判断是否过期。这样虽然减少了CPU的压力但是会造成数据的堆积，加重了内存的压力。
-
定期删除：让CPU定期删除是一个折中策略。通过配置信息指定定期删除的条件（是一种随机抽检的方式）。 使用较多。
Redis的逐出策略
redis在存储数据时，会先调用freeMemoryNeeded()函数检测内存是否充足。当内存已满，且无法清出足够的空间存放新的 数据就会使用数据逐出，其实这和OS中的页面交换算法思想一致。选择用处最小的数据放出。
相关配置
# 最大可用内存
maxmemory# 每次选择待删除的据个数
maxmemory-samples# 删除策略
maxmemory-policy策略有：1. lru:最近最少使用的数据淘汰2. lfu:使用次数最少的数据淘汰3. ttl:快过期的数据淘汰4. random:随机挑选数据淘汰检测范围：5. 检测易失性数据:volatile-xxx eg:volatile-lru6. 检测全库数据:allkeys-xxx7. 放弃使用数据驱逐：no-envitction
