redis
1.redis含義
redis是一個(gè)開源的使用ANSI C編寫、遵循BSD協(xié)議（允許使用者二次開發(fā)）、支持網(wǎng)絡(luò)、可基于內(nèi)存亦可基于持久化的日志型、Key-Value、提供多種語言的API的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。
1.1 優(yōu)點(diǎn)
1.1.1 讀寫性能優(yōu)異， Redis能讀的速度是110000次/s，寫的速度是81000次/s。
1.1.2 支持?jǐn)?shù)據(jù)持久化，支持AOF和RDB兩種持久化方式。
1.1.3 支持事務(wù)，Redis的所有操作都是原子性的，同時(shí)Redis還支持對(duì)幾個(gè)操作合并后的原子性執(zhí)行。
1.1.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富，除了支持string類型的value外還支持hash、set、zset、list等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
1.1.5 支持主從復(fù)制，主機(jī)會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)同步到從機(jī)，可以進(jìn)行讀寫分離。
1.2 缺點(diǎn)
1.2.1 數(shù)據(jù)庫容量受到物理內(nèi)存的限制，不能用作海量數(shù)據(jù)的高性能讀寫，因此Redis適合的場(chǎng)景主要局限在較小數(shù)據(jù)量的高性能操作和運(yùn)算上。
1.2.2 Redis 不具備自動(dòng)容錯(cuò)和恢復(fù)功能，主機(jī)從機(jī)的宕機(jī)都會(huì)導(dǎo)致前端部分讀寫請(qǐng)求失敗，需要等待機(jī)器重啟或者手動(dòng)切換前端的IP才能恢復(fù)。
1.2.3 主機(jī)宕機(jī)，宕機(jī)前有部分?jǐn)?shù)據(jù)未能及時(shí)同步到從機(jī)，切換IP后還會(huì)引入數(shù)據(jù)不一致的問題，降低了系統(tǒng)的可用性。
1.2.4 Redis 較難支持在線擴(kuò)容，在集群容量達(dá)到上限時(shí)在線擴(kuò)容會(huì)變得很復(fù)雜。為避免這一問題，運(yùn)維人員在系統(tǒng)上線時(shí)必須確保有足夠的空間，這對(duì)資源造成了很大的浪費(fèi)。
2.redis支持的數(shù)據(jù)類型
2.1 String（字符串）
string類型是Redis最基本的數(shù)據(jù)類型，一個(gè)鍵最大能存儲(chǔ)512MB。
string類型是二進(jìn)制安全的。意思是redis的string可以包含任何數(shù)據(jù)。比如jpg圖片或者序列化的對(duì)象 。
2.2 List（列表）
List是簡(jiǎn)單的字符串列表，按照插入順序排序。
2.3 Set（集合）
Set是string類型的無序集合。
2.4 Hash（哈希）
hash是一個(gè)string類型的field和value的映射表，hash特別適合用于存儲(chǔ)對(duì)象。
2.5 zSet（sorted set：有序集合）
zset 和 set 一樣也是string類型元素的集合,且不允許重復(fù)的成員。
不同的是每個(gè)元素都會(huì)關(guān)聯(lián)一個(gè)double類型的分?jǐn)?shù)。redis正是通過分?jǐn)?shù)來為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序。
zset的成員是唯一的,但分?jǐn)?shù)(score)卻可以重復(fù)。
3.redis的持久化
持久化是指將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入磁盤中，防止服務(wù)器宕機(jī)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
redis提供兩種持久化方式：RDB(默認(rèn))和AOF。
3.1 RDB
rdb是Redis DataBase縮寫
功能核心函數(shù)rdbSave(生成RDB文件)和rdbLoad（從文件加載內(nèi)存）兩個(gè)函數(shù)
3.2 AOF
AOF是Append-only file縮寫
每當(dāng)執(zhí)行服務(wù)器(定時(shí))任務(wù)或者函數(shù)時(shí)flushAppendOnlyFile 函數(shù)都會(huì)被調(diào)用， 這個(gè)函數(shù)執(zhí)行以下兩個(gè)工作
aof寫入保存：
WRITE：根據(jù)條件，將 緩存寫入到 AOF 文件
SAVE：根據(jù)條件，調(diào)用 fsync 或 fdatasync 函數(shù)，將 AOF 文件保存到磁盤中
比較：
1、AOF文件比RDB更新頻率高，優(yōu)先使用aof還原數(shù)據(jù)。
2、AOF比RDB更安全也更大
3、RDB性能比AOF好
4、如果兩個(gè)都配了優(yōu)先加載AOF
4.redis通訊協(xié)議
RESP 是redis客戶端和服務(wù)端之前使用的一種通訊協(xié)議；
RESP 的特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、快速解析、可讀性好。
5.redis的構(gòu)架模式
5.1 單機(jī)版
5.2 主從復(fù)制
主服務(wù)器就會(huì)一直將發(fā)生在自己身上的數(shù)據(jù)更新同步 給從服務(wù)器，從而一直保證主從服務(wù)器的數(shù)據(jù)相同。
缺點(diǎn)：
1、無法保證高可用
2、沒有解決 master 寫的壓力
5.3 哨兵
Redis sentinel 是一個(gè)分布式系統(tǒng)中監(jiān)控 redis 主從服務(wù)器，并在主服務(wù)器下線時(shí)自動(dòng)進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移。其中三個(gè)特性：
監(jiān)控（Monitoring）： Sentinel 會(huì)不斷地檢查你的主服務(wù)器和從服務(wù)器是否運(yùn)作正常。
提醒（Notification）： 當(dāng)被監(jiān)控的某個(gè) Redis 服務(wù)器出現(xiàn)問題時(shí)， Sentinel 可以通過 API 向管理員或者其他應(yīng)用程序發(fā)送通知。
自動(dòng)故障遷移（Automatic failover）： 當(dāng)一個(gè)主服務(wù)器不能正常工作時(shí)， Sentinel 會(huì)開始一次自動(dòng)故障遷移操作。
配置中心：如果故障轉(zhuǎn)移發(fā)生了，通知 client 客戶端新的 master 地址。
特點(diǎn)：
1、保證高可用
2、監(jiān)控各個(gè)節(jié)點(diǎn)
3、自動(dòng)故障遷移
缺點(diǎn)：
1、主從模式，切換需要時(shí)間丟數(shù)據(jù)
2、沒有解決 master 寫的壓力
5.4 proxy集群
Twemproxy 是一個(gè) Twitter 開源的一個(gè) redis 和 memcache 快速/輕量級(jí)代理服務(wù)器； Twemproxy 是一個(gè)快速的單線程代理程序，支持 Memcached ASCII 協(xié)議和 redis 協(xié)議。
特點(diǎn)：
1、多種 hash 算法：MD5、CRC16、CRC32、CRC32a、hsieh、murmur、Jenkins
2、支持失敗節(jié)點(diǎn)自動(dòng)刪除
3、后端 Sharding 分片邏輯對(duì)業(yè)務(wù)透明，業(yè)務(wù)方的讀寫方式和操作單個(gè) Redis 一致
缺點(diǎn)：
1、增加了新的 proxy，需要維護(hù)其高可用。
2、failover 邏輯需要自己實(shí)現(xiàn)，其本身不能支持故障的自動(dòng)轉(zhuǎn)移可擴(kuò)展性差，進(jìn)行擴(kuò)縮容都需要手動(dòng)干預(yù)
5.5 直連型集群
從redis 3.0之后版本支持redis-cluster集群，Redis-Cluster采用無中心結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存數(shù)據(jù)和整個(gè)集群狀態(tài),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都和其他所有節(jié)點(diǎn)連接。
特點(diǎn)：
1、無中心架構(gòu)（不存在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)影響性能瓶頸），少了 proxy 層。
2、數(shù)據(jù)按照 slot 存儲(chǔ)分布在多個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)共享，可動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)分布。
3、可擴(kuò)展性，可線性擴(kuò)展到 1000 個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)可動(dòng)態(tài)添加或刪除。
4、高可用性，部分節(jié)點(diǎn)不可用時(shí)，集群仍可用。通過增加 Slave 做備份數(shù)據(jù)副本
5、實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng) failover，節(jié)點(diǎn)之間通過 gossip 協(xié)議交換狀態(tài)信息，用投票機(jī)制完成 Slave到 Master 的角色提升。
缺點(diǎn)：
1、資源隔離性較差，容易出現(xiàn)相互影響的情況
2、數(shù)據(jù)通過異步復(fù)制,不保證數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致性
6.redis常用命令
6.1 Set
設(shè)置 key 對(duì)應(yīng)的值為 string 類型的 value。
6.2 setnx
設(shè)置 key 對(duì)應(yīng)的值為 string 類型的 value。如果 key 已經(jīng)存在，返回 0，nx 是 not exist 的意思。
刪除某個(gè)key
第一次返回1 刪除了 第二次返回0
6.3 Expire 設(shè)置過期時(shí)間（單位秒）
6.4 TTL查看剩下多少時(shí)間
返回負(fù)數(shù)則key失效，key不存在了
6.5 Setex
設(shè)置 key 對(duì)應(yīng)的值為 string 類型的 value，并指定此鍵值對(duì)應(yīng)的有效期。
6.6 Mset
一次設(shè)置多個(gè) key 的值，成功返回 ok 表示所有的值都設(shè)置了，失敗返回 0 表示沒有任何值被設(shè)置。
6.7 Getset
設(shè)置 key 的值，并返回 key 的舊值。
6.8 Mget
一次獲取多個(gè) key 的值，如果對(duì)應(yīng) key 不存在，則對(duì)應(yīng)返回 nil。
6.9 Incr
對(duì) key 的值做加加操作,并返回新的值。注意 incr 一個(gè)不是 int 的 value 會(huì)返回錯(cuò)誤，incr 一個(gè)不存在的 key，則設(shè)置 key 為 1
6.10 incrby
同 incr 類似，加指定值 ，key 不存在時(shí)候會(huì)設(shè)置 key，并認(rèn)為原來的 value 是 0
6.11 Decr
對(duì) key 的值做的是減減操作，decr 一個(gè)不存在 key，則設(shè)置 key 為-1
6.12 Decrby
同 decr，減指定值。
6.13 Append
給指定 key 的字符串值追加 value,返回新字符串值的長(zhǎng)度。
6.14 Strlen
取指定 key 的 value 值的長(zhǎng)度。
6.15 persist xxx(取消過期時(shí)間)
6.16 Select 0 //選擇數(shù)據(jù)庫
6.17 move age 1//把a(bǔ)ge 移動(dòng)到1庫
6.18 Randomkey隨機(jī)返回一個(gè)key
6.19 Rename重命名
6.20 Type 返回?cái)?shù)據(jù)類型
7.redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖
先拿setnx來爭(zhēng)搶鎖，搶到之后，再用expire給鎖加一個(gè)過期時(shí)間防止鎖忘記了釋放。
8.redis實(shí)現(xiàn)異步隊(duì)列
一般使用list結(jié)構(gòu)作為隊(duì)列，rpush生產(chǎn)消息，lpop消費(fèi)消息。當(dāng)lpop沒有消息的時(shí)候，要適當(dāng)sleep一會(huì)再重試。
缺點(diǎn)：
在消費(fèi)者下線的情況下，生產(chǎn)的消息會(huì)丟失，得使用專業(yè)的消息隊(duì)列如rabbitmq等。
9.緩存穿透、緩存雪崩
9.1 緩存穿透
一般的緩存系統(tǒng)，都是按照key去緩存查詢，如果不存在對(duì)應(yīng)的value，就應(yīng)該去后端系統(tǒng)查找（比如DB）。一些惡意的請(qǐng)求會(huì)故意查詢不存在的key,請(qǐng)求量很大，就會(huì)對(duì)后端系統(tǒng)造成很大的壓力。這就叫做緩存穿透。
如何避免？
1：對(duì)查詢結(jié)果為空的情況也進(jìn)行緩存，緩存時(shí)間設(shè)置短一點(diǎn)，或者該key對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)insert了之后清理緩存。
2：對(duì)一定不存在的key進(jìn)行過濾?？梢园阉械目赡艽嬖诘膋ey放到一個(gè)大的Bitmap中，查詢時(shí)通過該bitmap過濾。
9.2 緩存雪崩
當(dāng)緩存服務(wù)器重啟或者大量緩存集中在某一個(gè)時(shí)間段失效，這樣在失效的時(shí)候，會(huì)給后端系統(tǒng)帶來很大壓力。導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
如何避免？
1：在緩存失效后，通過加鎖或者隊(duì)列來控制讀數(shù)據(jù)庫寫緩存的線程數(shù)量。比如對(duì)某個(gè)key只允許一個(gè)線程查詢數(shù)據(jù)和寫緩存，其他線程等待。
2：做二級(jí)緩存，A1為原始緩存，A2為拷貝緩存，A1失效時(shí)，可以訪問A2，A1緩存失效時(shí)間設(shè)置為短期，A2設(shè)置為長(zhǎng)期
3：不同的key，設(shè)置不同的過期時(shí)間，讓緩存失效的時(shí)間點(diǎn)盡量均勻。
10 Redis為什么這么快
1、完全基于內(nèi)存，絕大部分請(qǐng)求是純粹的內(nèi)存操作，非?？焖?。數(shù)據(jù)存在內(nèi)存中，類似于 HashMap，HashMap 的優(yōu)勢(shì)就是查找和操作的時(shí)間復(fù)雜度都是0/1；
2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)數(shù)據(jù)操作也簡(jiǎn)單，Redis 中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是專門進(jìn)行設(shè)計(jì)的；
3、采用單線程，避免了不必要的上下文切換和競(jìng)爭(zhēng)條件，也不存在多進(jìn)程或者多線程導(dǎo)致的切換而消耗 CPU，不用去考慮各種鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖操作，沒有因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)死鎖而導(dǎo)致的性能消耗；
4、使用多路 I/O 復(fù)用模型，非阻塞 IO；
5、Redis 直接自己構(gòu)建了 VM 機(jī)制 ，因?yàn)橐话愕南到y(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)的話，會(huì)浪費(fèi)一定的時(shí)間去移動(dòng)和請(qǐng)求。
11 Redis持久化數(shù)據(jù)和緩存怎么做擴(kuò)容？
如果Redis被當(dāng)做緩存使用，使用一致性哈希實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容縮容。
如果Redis被當(dāng)做一個(gè)持久化存儲(chǔ)使用，必須使用固定的keys-to-nodes映射關(guān)系，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量一旦確定不能變化。否則的話(即Redis節(jié)點(diǎn)需要?jiǎng)討B(tài)變化的情況），必須使用可以在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)再平衡的一套系統(tǒng)，而當(dāng)前只有Redis集群可以做到這樣。
12 Redis的過期鍵的刪除策略
過期策略通常有以下三種：
12.1 定時(shí)過期：
每個(gè)設(shè)置過期時(shí)間的key都需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，到過期時(shí)間就會(huì)立即清除。該策略可以立即清除過期的數(shù)據(jù)，對(duì)內(nèi)存很友好；但是會(huì)占用大量的CPU資源去處理過期的數(shù)據(jù)，從而影響緩存的響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。
12.2 惰性過期：
只有當(dāng)訪問一個(gè)key時(shí)，才會(huì)判斷該key是否已過期，過期則清除。該策略可以最大化地節(jié)省CPU資源，卻對(duì)內(nèi)存非常不友好。極端情況可能出現(xiàn)大量的過期key沒有再次被訪問，從而不會(huì)被清除，占用大量?jī)?nèi)存。
12.3 定期過期：
每隔一定的時(shí)間，會(huì)掃描一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫的expires字典中一定數(shù)量的key，并清除其中已過期的key。該策略是前兩者的一個(gè)折中方案。通過調(diào)整定時(shí)掃描的時(shí)間間隔和每次掃描的限定耗時(shí)，可以在不同情況下使得CPU和內(nèi)存資源達(dá)到最優(yōu)的平衡效果。
(expires字典會(huì)保存所有設(shè)置了過期時(shí)間的key的過期時(shí)間數(shù)據(jù)，其中，key是指向鍵空間中的某個(gè)鍵的指針，value是該鍵的毫秒精度的UNIX時(shí)間戳表示的過期時(shí)間。鍵空間是指該Redis集群中保存的所有鍵。)
Redis中同時(shí)使用了惰性過期和定期過期兩種過期策略。
13.Redis事務(wù)的概念
Redis 事務(wù)的本質(zhì)是通過MULTI、EXEC、WATCH等一組命令的集合。事務(wù)支持一次執(zhí)行多個(gè)命令，一個(gè)事務(wù)中所有命令都會(huì)被序列化。在事務(wù)執(zhí)行過程，會(huì)按照順序串行化執(zhí)行隊(duì)列中的命令，其他客戶端提交的命令請(qǐng)求不會(huì)插入到事務(wù)執(zhí)行命令序列中。
Redis 是單進(jìn)程程序，并且它保證在執(zhí)行事務(wù)時(shí)，不會(huì)對(duì)事務(wù)進(jìn)行中斷，事務(wù)可以運(yùn)行直到執(zhí)行完所有事務(wù)隊(duì)列中的命令為止。因此，Redis 的事務(wù)是總是帶有隔離性的。
Redis中，單條命令是原子性執(zhí)行的，但事務(wù)不保證原子性，且沒有回滾。事務(wù)中任意命令執(zhí)行失敗，其余的命令仍會(huì)被執(zhí)行。
總結(jié)說：redis事務(wù)就是一次性、順序性、排他性的執(zhí)行一個(gè)隊(duì)列中的一系列命令。
