Redis 基础篇

一、redis 概念及特性

1.1 Redis 概念

Redis（Remote Dictionary Server），即远程字典服务，是一个开源的高性能键值存储数据库，可以用作数据库、缓存和消息中间件。

redis 官网：Redis - The Real-time Data Platform

redis 中文文档：Redis中文学习网 - Redis开发与运维技术、Redis教程、使用手册

1.2 Redis特性

高性能：Redis的速度非常快，官方给出的读写性能可以达到10万次/秒，这得益于其内存存储、C语言实现、单线程架构以及优秀的源代码。
丰富的功能：除了基本的Key-Value存储外，Redis还支持发布/订阅机制、事务、Lua脚本、流水线、键过期等功能。
持久化：Redis提供了两种持久化方式：RDB（快照）和AOF（追加文件），以确保数据的可靠性和持久性。
主从复制：Redis支持主从同步，数据可以从主服务器向任意数量的从服务器上同步，这有助于实现数据的冗余和读取操作的扩展性。
高可用性和分布式：Redis提供了高可用实现Redis Sentinel和分布式实现Redis Cluster，以确保在分布式环境中的高可用性和读写、容量的扩展性。

1.3 docker 安装 redis

// 拉取镜像
docker pull redis

// 在后台运行 redis
docker run -v /usr/redis/redis3.conf:/usr/redis/redis.conf -p 6379:6379 --name myredis -d redis

// 在后台运行 redis
docker run -v /usr/redis/redis2.conf:/usr/redis/redis.conf -v /usr/redis/data:/data --privileged=true -p 6380:6380 --name redis_slave80 -d redis redis-server /usr/redis/redis.conf

二、redis 常用数据类型及命令

2.1 查看和设置配置

查看所有配置：config get *

查看某项配置：CONFIG GET CONFIG_SETTING_NAME

设置某项配置：CONFIG SET CONFIG_SETTING_NAME NEW_CONFIG_VALUE

2.2 常用数据类型

2.2.1 String

// 设置字符串的命令 SET key value [EX seconds|PX milliseconds|KEEPTTL] [NX|XX] [GET]

// 当 Key 值不存在时，才进行设置
set mykey 111 nx

// 当 Key 值存在时，才进行设置
set myKey 222 xx

// 设置过期时间（秒）
set myKey 333 ex 10

// 设置过期时间（毫秒）
set myKey 444 px 5000

// 保留 Key 之前设置的过期时间
set myKey 555 ex 30
set myKey 666 keepttl

// 同时设置多个键值对
mset k1 v1 k2 v2

// 同时获取多个键值对
mget k1 k2

// 获取字符串的一部分内容
getrange mykey 0 3  // 0 -1 表示全部

// 对存储的数字加 1
set k1 100
incr k1

应用场景：喜欢的视频或商品，点一次加1

2.2.2 List

应用场景：微信公众号订阅文章

2.2.3 Hash

应用场景：早期购物车

2.2.4 Set

应用场景：社交场景中的共同好友、可能认识的人、抽奖活动

2.2.5 Sorted set

应用场景：商品销量排序

参考 redis 命令手册

三、redis 持久化

redis 提供了多种不同级别的持久化方式：

RDB 持久化可以在指定的时间间隔内生成数据集的时间点快照（point-in-time snapshot）
AOF 持久化记录服务器执行的所有写操作命令，并在服务器启动时，通过重新执行这些命令来还原数据集

AOF配置：

通过修改配置文件来打开 AOF 功能： appendonly yes

AOF工作流程：

三种写回策略：

always：每次有新命令追加到 AOF 文件时就执行一次 fsync ：非常慢，也非常安全。
everysec：每秒 fsync 一次，redis默认的写回策略。足够快（和使用 RDB 持久化差不多），并且在故障时只会丢失 1 秒钟的数据。
no：从不 fsync ：将数据交给操作系统来处理。更快，也更不安全的选择。

四、redis 事务

5.1 概念

redis 事务可以将命令组合在一起以便于它们作为一个单独的事务执行。

5.2 命令

Redis使用 MULTI 命令标记事务开始，它总是返回OK。MULTI执行之后，客户端可以发送多条命令，Redis会把这些命令保存在队列当中，而不是立刻执行这些命令。所有的命令会在调用EXEC 命令之后执行。如果不调用EXEC，调用 DISCARD 会清空事务队列并退出事务。

127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379(TX)> set k1 2222
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> incr k1
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> hset k2 name snow age 18 address beijing
QUEUED
127.0.0.1:6379(TX)> exec
1) OK
2) (integer) 2223
3) (integer) 3

5.3 redis事务与关系型数据库事务的区别

5.4 为什么 redis 事务不支持回滚

Redis事务中的命令允许失败，但是Redis会继续执行其它的命令而不是回滚所有命令。

这么做的原因有两点：

①Redis 命令只在两种情况失败：

语法错误的时候才失败（在命令输入的时候不检查语法）。
要执行的key数据类型不匹配：这种错误实际上是编程错误，这应该在开发阶段被测试出来，而不是生产上。

②因为不需要回滚，所以Redis内部实现简单并高效。

五、redis 管道

5.1 管道定义

pipeline 是为了解决命令RTT（round-trip time）往返时间，仅仅将命令打包一次性发送，对整个redis的执行不造成任何影响。

5.2 管道的使用方法

使用命令：

cat cmd.txt | redis-cli --pipe

举例说明：

5.3 管道和原生批处理命令的区别

原生批量命令是原子性(例如:mset mget)，pipeline是非原子性
原生批量命令一次只能执行一种命令，pipeline支持批量执行不同命令
原生批命令是服务端实现，而pipelne需要服务端与客户端共同完成

5.4 注意事项

pipeline缓冲的指令只是会依次执行，不保证原子性，如果执行中指令发生异常，将会继续执行后续的指令
使用pipeline组装的命令个数不能太多，不然数据量过大客户端阻塞的时间可能过久，同时服务端此时也被迫回复一个队列答复，占用很多内存

六、redis 复制

6.1 概念

主从复制，master 以写为主，slave 以读为主，当 master 数据变化的时候，自动将新的数据以异步的方式同步到其他 slave 数据库。

6.2 特性

读写分离
容灾恢复
数据备份
水平扩容支撑高并发

6.3 主从复制的命令

// 主从复制
replicaof 主库IP 主库端口

// 变更主库
slaveof 新主库IP 新主库端口

// 取消从库
slave no one

redis搭建一主二从复制的具体操作见阿里云环境下用docker搭建redis主从复制-CSDN博客

6.4 主从复制的工作原理

slave启动，同步初请
首次连接，全量复制
心跳持续，保持通信
进入平稳，增量复制
从机下线，重连续传

6.5 主从复制的缺点

复制延时，信号衰减

master服务故障

七、redis 哨兵

7.1 概念

吹哨人巡查监控后台master主机是否出现故障，如果出现故障，则根据投票数自动将某一个从库转为新主库，继续对外提供服务。俗称无人值守运维。

八、redis 集群

8.1 概念

redis 集群是一个可以提供在多个redis节点间共享数据的程序集，redis 集群可以支持多个 master。

8.2 特性

redis 集群支持多个 master，每个 master 后可以挂载多个 slave，支持读写分离、高可用，支持海量数据的读写存储操作
redis 集群自带 sentinel 故障转移机制，无需再去使用哨兵功能
客户端与 redis 的节点连接，不再需要连接集群中的所有节点，只需要任意连接集群中的一个可用节点即可
槽位 slot 负责分配到各个物理服务节点，由对应的集群来维护各个槽位、节点、数据之间的关系

8.3 槽位

redis 集群有16384个哈希槽。每个key通过CRC16校验后对16384取模来决定放置到哪个槽，集群中的每个节点负责一部分hash槽。

8.4 分片

使用 redis 集群存储数据时，我们会将数据分散到多台 redis 机器上，这就是分片。

8.5 哈希槽映射

哈希取余分区

hash(key) % N个机器台数，取模的值决定将数据映射到哪个节点上。

优点：简单高效

缺点：扩容缩容时客户端到服务端的映射发生改变

一致性哈希算法分区

一致性哈希算法在1997年由麻省理工学院中提出的，设计目标是为了解决分布式缓存数据变动和映射问题，某个机器宕机了，分母数量改变了，自然取余数不OK了。

①算法构建一致性哈希环：

②服务器节点映射

③Key 落到服务器的落键规则

优点：容错性、扩展性

缺点：数据倾斜问题

哈希槽分区

哈希槽实质就是一个数组，数组[0, 2^14 -1] 形成哈希槽空间。

哈希槽的作用：

解决数据均匀分配的问题，在数据和节点之间又加了一层，把这层称为哈希槽，用于管理数据和节点之间的关系。

一个集群只能有16384（2^14）个槽，对 key 取哈希值，然后对 16384 取模，余数是几，key就落到对应的槽里。因为槽的数量是固定的，所以移动数据比较容易。

为什么最大哈希槽数是16384？

①redis 每秒都要发送心跳包，如果槽位是2^16(65536)，消息头达8k(65536/8/1024)，过于庞大，浪费带宽

②redis 集群中主节点数量基本不可能超过1000个，16384个槽位基本够用了。

③槽位越小，节点少的情况下，压缩比高，容易传输

8.6 搭建 redis 集群

开启集群功能

port 7000
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

构建集群关系

redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 

127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 

--cluster-replicas 1

// 选项 --cluster-replicas 1 表示为每一个主服务器配一个从服务器

查看集群信息

// 查看主从关系
info replication

// 查看某一个节点的集群信息
cluster info

// 查看集群节点关系
cluster nodes

redis 集群搭建实例待补充！

参考视频：尚硅谷Redis零基础到进阶，最强redis7教程，阳哥亲自带练（附redis面试题）_哔哩哔哩_bilibili