Redis 是什么？看这一篇就够了

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引言

在 Web 应用发展的初期，那时关系型数据库受到了较为广泛的关注和应用，原因是因为那时候 Web 站点基本上访问和并发不高、交互也较少。而在后来，随着访问量的提升，使用关系型数据库的 Web 站点多多少少都开始在性能上出现了一些瓶颈，而瓶颈的源头一般是在磁盘的 I/O 上。而随着互联网技术的进一步发展，各种类型的应用层出不穷，这导致在当今云计算、大数据盛行的时代，对性能有了更多的需求，主要体现在以下四个方面：

低延迟的读写速度：应用快速地反应能极大地提升用户的满意度
支撑海量的数据和流量：对于搜索这样大型应用而言，需要利用 PB 级别的数据和能应对百万级的流量
大规模集群的管理：系统管理员希望分布式应用能更简单的部署和管理
庞大运营成本的考量：IT 部门希望在硬件成本、软件成本和人力成本能够有大幅度地降低

为了克服这一问题，NoSQL 应运而生，它同时具备了高性能、可扩展性强、高可用等优点，受到广泛开发人员和仓库管理人员的青睐。

Redis 是什么

Redis 是现在最受欢迎的 NoSQL 数据库之一，Redis 是一个使用 ANSI C 编写的开源、包含多种数据结构、支持网络、基于内存、可选持久性的键值对存储数据库，其具备如下特性：

基于内存运行，性能高效
支持分布式，理论上可以无限扩展
key-value 存储系统
开源的使用 ANSI C 语言编写、遵守 BSD 协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value 数据库，并提供多种语言的 API

相比于其他数据库类型，Redis 具备的特点是：

C/S 通讯模型
单进程单线程模型
丰富的数据类型
操作具有原子性
持久化
高并发读写
支持 lua 脚本

Redis 的应用场景有哪些？

Redis 的应用场景包括：缓存系统（“热点”数据：高频读、低频写）、计数器、消息队列系统、排行榜、社交网络和实时系统。

Redis 的数据类型及主要特性

Redis 提供的数据类型主要分为 5 种自有类型和一种自定义类型，这 5 种自有类型包括：String 类型、哈希类型、列表类型、集合类型和顺序集合类型。

String 类型：

它是一个二进制安全的字符串，意味着它不仅能够存储字符串、还能存储图片、视频等多种类型, 最大长度支持 512M。

对每种数据类型，Redis 都提供了丰富的操作命令，如：

GET/MGET
SET/SETEX/MSET/MSETNX
INCR/DECR
GETSET
DEL

哈希类型：

该类型是由 field 和关联的 value 组成的 map。其中，field 和 value 都是字符串类型的。

Hash 的操作命令如下：

HGET/HMGET/HGETALL
HSET/HMSET/HSETNX
HEXISTS/HLEN
HKEYS/HDEL
HVALS

列表类型：

该类型是一个插入顺序排序的字符串元素集合, 基于双链表实现。

List 的操作命令如下：

LPUSH/LPUSHX/LPOP/RPUSH/RPUSHX/RPOP/LINSERT/LSET
LINDEX/LRANGE
LLEN/LTRIM

集合类型：

Set 类型是一种无顺序集合, 它和 List 类型最大的区别是：集合中的元素没有顺序, 且元素是唯一的。

Set 类型的底层是通过哈希表实现的，其操作命令为：

SADD/SPOP/SMOVE/SCARD
SINTER/SDIFF/SDIFFSTORE/SUNION

Set 类型主要应用于：在某些场景，如社交场景中，通过交集、并集和差集运算，通过 Set 类型可以非常方便地查找共同好友、共同关注和共同偏好等社交关系。

顺序集合类型：

ZSet 是一种有序集合类型，每个元素都会关联一个 double 类型的分数权值，通过这个权值来为集合中的成员进行从小到大的排序。与 Set 类型一样，其底层也是通过哈希表实现的。

ZSet 命令：

ZADD/ZPOP/ZMOVE/ZCARD/ZCOUNT
ZINTER/ZDIFF/ZDIFFSTORE/ZUNION

Redis 的数据结构

Redis 的数据结构如下图所示：

关于上表中的部分释义：

压缩列表是列表键和哈希键的底层实现之一。当一个列表键只包含少量列表项，并且每个列表项要么就是小整数，要么就是长度比较短的字符串，Redis 就会使用压缩列表来做列表键的底层实现
整数集合是集合键的底层实现之一，当一个集合只包含整数值元素，并且这个集合的元素数量不多时，Redis 就会使用整数集合作为集合键的底层实现

如下是定义一个 Struct 数据结构的例子：

简单动态字符串 SDS (Simple Dynamic String)

基于 C 语言中传统字符串的缺陷，Redis 自己构建了一种名为简单动态字符串的抽象类型，简称 SDS，其结构如下：

SDS 几乎贯穿了 Redis 的所有数据结构，应用十分广泛。

SDS 的特点

和 C 字符串相比，SDS 的特点如下：

常数复杂度获取字符串长度

Redis 中利用 SDS 字符串的 len 属性可以直接获取到所保存的字符串的长度，直接将获取字符串长度所需的复杂度从 C 字符串的 O(N)降低到了 O(1)。
减少修改字符串时导致的内存重新分配次数

通过 C 字符串的特性，我们知道对于一个包含了 N 个字符的 C 字符串来说，其底层实现总是 N+1 个字符长的数组（额外一个空字符结尾）那么如果这个时候需要对字符串进行修改，程序就需要提前对这个 C 字符串数组进行一次内存重分配（可能是扩展或者释放）而内存重分配就意味着是一个耗时的操作。

Redis 巧妙的使用了 SDS 避免了 C 字符串的缺陷。在 SDS 中，buf 数组的长度不一定就是字符串的字符数量加一，buf 数组里面可以包含未使用的字节，而这些未使用的字节由 free 属性记录。

与此同时，SDS 采用了空间预分配的策略，避免 C 字符串每一次修改时都需要进行内存重分配的耗时操作，将内存重分配从原来的每修改 N 次就分配 N 次——>降低到了修改 N 次最多分配 N 次。

如下是 Redis 对 SDS 的简单定义：

Redis 特性 1：事务

命令序列化，按顺序执行
原子性
三阶段: 开始事务 - 命令入队 - 执行事务
命令：MULTI/EXEC/DISCARD

Redis 特性 2：发布订阅(Pub/Sub)

Pub/sub 是一种消息通讯模式
Pub 发送消息, Sub 接受消息
Redis 客户端可以订阅任意数量的频道
“fire and forgot”, 发送即遗忘
命令：Publish/Subscribe/Psubscribe/UnSub

Redis 特性 3：Stream

Redis 5.0 新增
等待消费
消费组(组内竞争)
消费历史数据
FIFO

以上就是 Redis 的基本概念，下面我们将介绍在开发过程中可能会踩到的“坑”。

下面我们来简单了解一下 Redis 的进阶知识。

进阶之 Redis 协议简介

Redis 客户端通讯协议：RESP(Redis Serialization Protocol)，其特点是：

简单
解析速度快
可读性好

Redis 集群内部通讯协议：RECP(Redis Cluster Protocol ) ，其特点是：

每一个 node 两个 tcp 连接
一个负责 client-server 通讯(P: 6379)
一个负责 node 之间通讯(P: 10000 + 6379)

Redis 协议支持的数据类型：

简单字符(首字节: “+”)

“+OK\r\n”

错误(首字节: “-”)

“-error msg\r\n”

数字(首字节: “:”)

“:123\r\n”

批量字符(首字节: “$”)

“&hello\r\nWhoa re you\r\n”

数组(首字节: “*”)

“*0\r\n”

“*-1\r\n”

总结

以上就是 Redis 入门介绍教程，如果各位还想了解更多，欢迎通过评论和私信的方式告诉我。