深刻浅出告诉你Redis的高级特性

Redis 数据结构

Redis 经常使用的数据类型主要有如下五种：

String

Hash

List

Set

Sorted set

Redis 内部使用一个 redisObject 对象来表示全部的 key 和 value。

String 在 redis 内部存储默认就是一个字符串，被 redisObject 所引用，当遇到 incr，decr 等操做时会转成数值型进行计算，此时 redisObject 的 encoding 字段为int。

list 的实现为一个双向链表，便可以支持反向查找和遍历，更方便操做，不过带来了部分额外的内存开销，Redis 内部的不少实现，包括发送缓冲队列等也都是用的这个数据结构。

Hash 对应 Value 内部实际就是一个 HashMap，实际这里会有2种不一样实现，这个 Hash 的成员比较少时 Redis 为了节省内存会采用相似一维数组的方式来紧凑存储，而不会采用真正的 HashMap 结构，对应的 value redisObject 的 encoding 为 zipmap，当成员数量增大时会自动转成真正的 HashMap，此时 encoding 为 ht。

Redis 存储

Redis 提供了一系列不一样的持久性选项：

RDB 持久性以指定的时间间隔执行数据集的时间点快照。

AOF 持久性会记录服务器接收到的每一个写入操做，这些操做将在服务器启动时再次执行，重建原始数据集。使用与Redis协议自己相同的格式以追加方式记录命令。

RDB的优势：

RDB是Redis数据的很是紧凑的单文件时间点表示。

RDB文件很是适合备份。

RDB的缺点：

快照不是很是耐用。若是运行Redis的计算机中止运行，电源线出现故障，或者意外地终止了您的实例，写入Redis的最新数据将丢失。

为了使用子进程在磁盘上保留RDB，RDB须要常常fork。若是数据集很大，Fork会很费时，而且可能致使Redis在几毫秒内中止服务客户端，或者若是数据集很是大而且CPU性能不佳，甚至会持续一秒。

Redis 须要将数据集转储到磁盘时，会发生如下状况：

Redis fork。咱们如今有一个子进程和一个父进程。

子进程开始将数据集写入临时RDB文件。

当子进程写完新的RDB文件后，它会替换旧的。

AOF的优点：

AOF日志是一种只能追加的日志，所以若是发生停电，也不会出现问题。

AOF的缺点：

AOF文件一般比相同数据集的等效RDB文件大。

根据确切的fsync策略，AOF可能比RDB慢。

Redis将在磁盘上同步数据的次数。有三种选择：

每当一个新命令被附加到AOF时，fsync。很是很是缓慢，很是安全。

每秒fsync。足够快(在2.4可能与快照同样快)，而且若是发生灾难，您可能会丢失1秒的数据。

永远不要fsync，只需将您的数据交给操做系统便可。更快，不安全的方法。

日志重写使用已用于快照的相同的写入时复制技巧。这是如何工做的：

Redis fork，因此如今咱们有子进程和一个父进程。

子进程开始在临时文件中写入新的AOF

父进程将全部新的更改累积到内存缓冲区中

当子进程完成重写文件时，父进程获取信号，并在子进程生成的文件末尾追加内存缓冲区的内容。

Redis自动将旧文件重命名为新文件，并开始将新数据附加到新文件中。

Redis 事务

Redis 提供的事务机制与传统的数据库事务有些不一样，传统数据库事务必须维护如下特性：原子性(Atomicity)，一致性(Consistency)，隔离性(Isolation)，持久性(Durability)，简称ACID。

原子性(Atomicity)

Redis 自己提供的全部 API 都是原子操做。

但 Redis 在事务执行过程的错误状况作出了权衡取舍，那就是放弃了回滚。

Redis 官方文档对此给出的解释是：

一、Redis 操做失败的缘由只多是语法错误或者错误的数据库类型操做，这些都是在开发层面能发现的问题不会进入到生产环境，所以不须要回滚。

二、Redis 内部设计推崇简单和高性能，所以不须要回滚能力。

一致性(Consistency)

一致性意味着事务结束后系统的数据依然保证一致。

Redis 舍弃了回滚的设计，基本上也就舍弃对数据一致性的有效保证。

隔离性(Isolation)

隔离性保证了在事务完成以前，该事务外部不能看到事务里的数据改变。

Redis 采用单线程设计，隔离性获得保证。

持久性(Durability)

Redis 通常状况下都只进行内存计算和操做，持久性没法保证。

但 Redis 也提供了2种数据持久化模式，RDB 和 AOF，RDB 的持久化操做与命令操做是不一样步的，没法保证事务的持久性。而 AOF 模式意味着每条命令的执行都须要进行系统调用操做磁盘写入文件，能够保证持久性，但会大大下降 Redis 的访问性能。

Redis 主从

Redis的主从结构能够采用一主多从或者级联结构：

全量同步

Redis全量复制通常发生在Slave初始化阶段，这时Slave须要将Master上的全部数据都复制一份。

具体步骤以下：

1)从服务器链接主服务器，发送SYNC命令;

2)主服务器接收到SYNC命名后，开始执行BGSAVE命令生成RDB文件并使用缓冲区记录此后执行的全部写命令;

3)主服务器BGSAVE执行完后，向全部从服务器发送快照文件，并在发送期间继续记录被执行的写命令;

4)从服务器收到快照文件后丢弃全部旧数据，载入收到的快照;

5)主服务器快照发送完毕后开始向从服务器发送缓冲区中的写命令;

6)从服务器完成对快照的载入，开始接收命令请求，并执行来自主服务器缓冲区的写命令

增量同步

Redis增量复制是指Slave初始化后开始正常工做时主服务器发生的写操做同步到从服务器的过程。

增量复制的过程主要是主服务器每执行一个写命令就会向从服务器发送相同的写命令，从服务器接收并执行收到的写命令。

Redis 场景

常见的 NoSQL 方案分为 4 类。

K-V 存储：解决关系数据库没法存储数据结构的问题，以 Redis 为表明。

文档数据库：解决关系数据库强 schema 约束的问题，以 MongoDB 为表明。

列式数据库：解决关系数据库大数据场景下的 I/O 问题，以 HBase 为表明。

全文搜索引擎：解决关系数据库的全文搜索性能问题，以 Elasticsearch 为表明。

缓存的架构设计要点：

缓存穿透是指缓存没有发挥做用，业务系统虽然去缓存查询数据，但缓存中没有数据，业务系统须要再次去存储系统查询数据。

一般状况下有两种状况：

一、存储数据不存在

二、缓存数据生成耗费大量时间或者资源

缓存雪崩是指当缓存失效(过时)后引发系统性能急剧降低的状况。

缓存热点的解决方案就是复制多份缓存副本，将请求分散到多个缓存服务器上，减轻缓存热点致使的单台缓存服务器压力。

读写分离+多级缓存策略

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