Redis详细总结配置与使用

分类：NoSQL作者：Cjingger_mounce

Redis总体介绍,配置以及基本使用方法

1、Redis基本介绍

Redis是开源的,位于内存中的数据结构存储系统。主要用于数据缓存、消息中间件。内置LUA脚本(支持原子性操作)、LRU驱动事件、事务和不同级别的磁盘持久化,Redis也可以通过哨兵和自动化分区提供高可用性。

Redis为什么快

首先,Redis给我们的第一印象就是快,非常快,位于内存的IO操作可以达到秒级十万的操作,从内存上的寻址速度可以达到ns级别,带宽很大,而一般sql型数据库则是从磁盘上寻址,速度则是ms级别,所以磁盘相比内存在寻址上慢了10万倍。

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磁盘数据库如Mysql,数据和索引都是持久化保存在磁盘上的,当我们使用SQL语句查询命令时,若该数据的索引还没加载到内存,首先要把索引加载到内存,然后通过寻址定位和IO,将数据对应的磁盘块加载到内存中,最后读取数据。

硬盘数据库读取数据


Redis在内存中读取数据,是电信号的传递。

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1.1、 Redis内核架构

epoll介绍

epoll作为Linux下高性能网络服务器必备技术至关重要。nginx、Redis、skynet 以及大部分的游戏服务器都使用这一多路复用技术。对Redis的IO起到了关键作用。

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1.2、 Redis原理

众所周知，Redis是单进程,单线程,单实例的(Redis6之前),那么当高并发的请求发送过来时,Redis如何快速响应?这里面主要用到了epoll多路复用技术,可以理解为多个输入通过一条高速线路,n个信道,分配到多个输出(分为频分,时分,波分),大大提高速度。并且是非阻塞的多路复用。

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2、Redis的使用

2.1、Redis数据类型

高效的数据结构

Redis底层数据结构一共有6种:简单动态字符串(StringBuffer),双向链表,压缩列表,哈希表,跳表和整数数组,与之对应的数据类型关系图如下:

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不同的数据结构对应了不同的应用场景:

  • String: 缓存,分布式锁,在线人数计算等
  • List: 队列,微博,Instagram关注人时间轴队列等
  • Hash: 收藏,加购物车等
  • Set: 去重,点赞(不可重复点赞),踩一踩,共同好友等
  • ZSet: 排行榜排名、热搜榜等

Redis的自定义协议

Redis客户端使用RESP(Redis的序列化协议)协议与Redis服务器端进行通信,实现简单、解析快速且人可读。
RESP支持一下数据类型: 简单字符串、错误、整数、批量字符串和数组。
RESP在Redis中运作的方式为:

  1. 客户端将命令作为批量字符串的RESP数组发送到Redis服务器
  2. 服务器根据命令实现其中一种RESP类型并进行回复

在RESP中,某些的数据类型取决于第一个字节：

  1. 对于简单字符串,响应的第一个字节为"+"
  2. 对于整数,响应的第一个字节为":"
  3. 对于批量字符串,响应的第一个字节为"$"
  4. 对于错误,响应的第一个字节为"-"
  5. 对于数组,响应的第一个字节为"*"
    此外,RESP使用特殊变体表示null值。在RESP中,协议的不同部分总是以"\r\n"(CRLF)终止。

高性能Redis协议分析器

快速,高效的解析协议利于阅读,使得该协议的实现性能变得和二进制协议一样快的主要原因是Redis协议将数据的长度定义在了数据正文之前,无需因为寻找特殊字符而进行全文扫描(JSON的payload),也无需像JSON一样对发送到服务器的payload进行转义。

Redis中Value的类型

  1. 字符串
    set k1 xxxx nx.
    set k2 Hello xxxx.
    nx => 只能新建
    xx => 只能更新
    append 字符串拼接

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GETRANGE
SETRANGE

  1. 数值
    先 set k1 99
    OBJECT encoding k1

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    可以看到是int类型
    INCR k1 (数值增加 默认为1)
    INCRBY k1 22 (数值增加 增加数值指定)
    DECR k1 (减)
    DECRBY k1 22
    INCRBYFLOAT k1 0.5

  2. 二进制安全
    字符串分为字节流和字符流
    STRLEN k1
    redis- li --raw
    Redis设计里没有数据类型(都包含在String,Byte)
    要指定好编码集(UTF-8、GBK)
    Redis是二进制安全的(字节数组)

  3. bitmap (便于运算)
    4.1 BITOP(位与，位货，异或)
    4.2 BITCOUNT destkey 0 -1

  4. List (栈)
    lpush
    lpop
    rpush / pop
    LRANGE
    LINDEX
    LSET
    LTPIM

  5. Hash
    set shown::name “xxx”
    set shown::age 15
    set shown::id 12
    对field进行数值计算

  6. Set (集合)
    sadd k3 1 2 3 4 5 6
    SMEMBERS (去所有元素，占用网卡吞吐量建议不要使用)
    SINTER k2 k3 （取交集）
    SINTERSTORE dest k2 k3 (取交集并放入dest中)
    SUNION k2 k3 （并集）
    SDIFF k2 k3 (差集)

  7. Sorted_set
    ZADD
    ZCARD
    ZCOUNT

2.2、Redis的进阶使用

1、 Redis的发布订阅

有这样一个应用场景,聊天室里发布的消息可以让(不管在不在该聊天室窗口)所有人都可以看到,这里就可以用到Redis的发布订阅功能。
PUBLISH xxxx hello
SUBSCRIBE xxxx (监听改Key)

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2、 Redis事务

Redis事务的使用帮助 -> help@transactions
Redis事务的和Mysql类似,即将一组命令放在同一事务中,MULTI开启一个事务,这些事务会放在一个队列中,不会立即执行。只有当EXEC命令被调用时,改命令才会被执行。

事务执行顺序


注意: Redis不支持回滚,Redis命令只会因为错误语法失效

3、 布隆过滤器(Bloom)使用

4、 Redis作为缓存/数据库的区别

  • 缓存不是全量数据。缓存应该随着访问而变化 => 热数据
  • Redis里的数据怎么随着业务的变化而只保留热数据(内存大小的瓶颈)
    业务逻辑 -> key的有效期(过期时间)
    业务运行 -> 淘汰冷数据
    LFU 碰到了多少次
    LRU 多长时间没碰到
    ttl k1
    如果发生了写命令(SET XXX) 会直接剔除expiretime
    Redis每秒10次做一件事 => 随机测试20个keys相关过期检测 => 删除已过期keys =>
    若有超过1/4的key过期,则重复操作。
  • 过期的判定原理
    1. 被动访问时判定
    2. 周期轮询时判定(增量)

3、Redis的持久化(RDB/AOF)

3.1、Redis-RDB(RedisDB)

RDB即Redis的持久化机制,Redis父进程会单独fork(创建)一个子进程(和自己一模一样)来进行持久化。该子进程的所有数据（变量。环境变量，程序程序计数器等）都和父进程一模一样,将数据写入一个快照,等持久化结束后,数据库的快照（snapshot）以二进制的方式保存到磁盘中。用这个快照替换上次持久化好的文件。整个过程中，主进程没有任何IO操作，这就确保了极高的性能。

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RDB的主要特征是写时复制(copy on write)
创建紫禁城**(子进程 谐音梗 O(∩_∩)O)**时并不发生复制。
通过指针,父进程增删改查数据(写),子进程读数据。

RDB的弊端

  • 不支持拉链结构
  • 因为父子进程同步的问题,丢失数据相对多一些
  • 相对于Java中的序列化,恢复速度相对没有那么快

3.2、Redis-AOF(APPEND ONLY FILE)

AOF是以协议文本的方式，将所有对数据库进行过写入的命令（及其参数）记录到 AOF 文件，以此达到记录数据库状态的目的。

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AOF优点:

  1. 丢失数据少
  2. Redis中,RDB和AOF可以同时开启,若开启了AOF,则只会用AOF恢复
    AOF弊端:
    相对于RDB,慢,体量无限地变大

场景复现！！

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解决设计思路:
设计方案让日志(AOF)足够小
Redis:

  1. 4.0之前 -> 重写 -> 删除抵消命令,合并重复命令 -> 纯指令的日志文件
  2. 4.0之后 -> 重写 -> 将增量的key以指令方式Append到AOF中 -> AOF混合体,利用了RDB的恢复快,AOF的全量特点

3.3、RDB、AOF实操

首先 修改redis配置文件(vim /etc/Redis/redis.conf)

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  1. daemonize no #关闭守护进程

  2. logfile … # 注释掉保存日志文件路径,将日志输出到控制台

  3. save RDB 配置
  4. appendonly yes # 打开AOF
  5. aof-use-rdb-preamble no # 混合模式先关闭

3.4、Redis中AKF原理

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由于redis是单机，单实例，单进程的。就会造成熟悉的单机问题:单点故障;容量有限;压力大
此时要了解redis的AKF,即业务功能拆分,根据XYZ轴拆分成三个方向。
X: 全量,镜像
Y: 业务,功能
Z: 逻辑优先

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这样易造成数据的强一致性,即所有的节点都会阻塞，知道数据全部一致时,但这样就会破坏可用性。要想可用,可用容忍数据丢失一部分,也可以通过异步方式(不是强一致)

通过异步方式保证强一致性

4、Redis的主从,哨兵(配置)

4.1、Redis CAP理论

CAP理论,即在一个分布式系统中,一致性(Consistemce)、可用性(Available)、分区容错性(Partition),三者只能同时实现其中两个,不可三者兼顾。

在这里插入图片描述


CAP理论是在集群中最常考虑的问题,在主从复制或者主备的集群中,对主节点(机器)做高可用,自动转移故障

4.2、Redis主从模式

4.2.1、Redis主从复制原理

设置从节点(机器)

4.3、Redis集群模式

4.4、Redis哨兵模式

4、Redis缓存问题

缓存击穿,雪崩

5、Spring结合Redis

5.1、 Redis api

参考Spring-data的官方文档。Spring中对于Redis的api支持集成了Lettuce和Jedis的连接,默认连接Lettuce

在这里插入图片描述


配置Lettuce连接,首先导入maven依赖

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接着在Spring中创建连接工厂

@Configuration
class AppConfig {

  @Bean
  public LettuceConnectionFactory redisConnectionFactory() {

    return new LettuceConnectionFactory(new RedisStandaloneConfiguration("server", 6379));
  }
}

所有的LettuceConnection连接实例都是默认由LettuceConnectionFactory连接工厂类创建的,对于所有的非阻塞以及非事务操作,所有实例都共享线程安全的连接。LettuceConnectionFactory也可以配置LettucePool连接池

@Configuration
class AppConfig {

  @Bean
  public LettuceConnectionFactory redisConnectionFactory() {

    return new LettuceConnectionFactory(new RedisSocketConfiguration("/var/run/redis.sock"));
  }
}

配置Jedis连接,也是同样的过程,可以在官方文档中查看。
同时Redis的主从/哨兵/集群配置,是Redis常见的配置。通过Lettuce连接,可以完成主从(主写从读)的配置

@Configuration
class WriteToMasterReadFromReplicaConfiguration {

  @Bean
  public LettuceConnectionFactory redisConnectionFactory() {

    LettuceClientConfiguration clientConfig = LettuceClientConfiguration.builder()
      .readFrom(SLAVE_PREFERRED)
      .build();

    RedisStandaloneConfiguration serverConfig = new RedisStandaloneConfiguration("server", 6379);

    return new LettuceConnectionFactory(serverConfig, clientConfig);
  }
}

从节点向主节点读
为了构建高可用的Redis服务,Spring Data Redis 使用RedisSentinelConfiguration配置Redis的哨兵

/**
 * Jedis
 */
@Bean
public RedisConnectionFactory jedisConnectionFactory() {
  RedisSentinelConfiguration sentinelConfig = new RedisSentinelConfiguration()
  .master("mymaster")
  .sentinel("127.0.0.1", 26379)
  .sentinel("127.0.0.1", 26380);
  return new JedisConnectionFactory(sentinelConfig);
}

/**
 * Lettuce
 */
@Bean
public RedisConnectionFactory lettuceConnectionFactory() {
  RedisSentinelConfiguration sentinelConfig = new RedisSentinelConfiguration()
  .master("mymaster")
  .sentinel("127.0.0.1", 26380);
  return new LettuceConnectionFactory(sentinelConfig);
}

更多集群连接的配置可参考官方文档:

https://docs.spring.io/spring-data/redis/docs/2.3.5.RELEASE/reference/html

5.2、 高阶api

越来越多的小伙伴会选择使用高阶的api操作Redis(简单省事呗

原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_42182687/article/details/123321449

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