Redis是什么

  • 开源。
  • 高性能 Key-Value 键值对存储服务系统，可理解为一个数据库，QPS可达10万级别。
  • 支持多种数据结构。
  • 支持高可用、分布式。
  • 提供了丰富的功能，如 pipline、慢查询、发布订阅等。

Redis特性

  • 速度快
  • 支持持久化
  • 支持多种数据结构
  • 支持多种编程语言
  • 功能丰富
  • 简单，代码短小精悍，另外使用也简单
  • 支持主从复制，可以将主节点数据作为一个副本
  • 高可用、分布式，主从复制是高可用、分布式的基础

速度快

官方给出的数据可达到10w OPS，也就是每秒可实现10w次读写，但也要分场景，但从实际使用中，达到万级别是没有问题的。

为什么会这么快？

  1. 首先 Redis 是将数据存在内存中的，我们知道服务器的内存读取是非常快的。
  2. 其次它是使用C语言实现的，C语言是离操作系统较近的语言，代码短小精悍。
  3. 基于单线程模型，平时我们写代码都知道单线程是很慢的，所以有些场景会使用多线程来解决问题，redis使用单线程主要是因为内存读写速度很快，使用单线程基本就可以达到很高的性能，但很多实际开发中多线程会成为并发的瓶颈。

速度快主要原因还是因为内存。

持久化（断电不丢数据）

Redis 的数据都是保存在内存中的，我们都知道内存中的数据不具有持久化特性，也就是说当我们机器发生断电的时候，是无法对内存数据进行恢复的，Redis也想到了这一点，所以提供了持久化的功能。 也就是说Redis所有数据保存在内存中，对数据的更新将异步地保存到磁盘上。因为硬盘是有持久特性的。

支持多种数据结构

提供了5种数据结构，包括字符串，哈希，列表，集合，有序集合。

还提供了 BitMaps 位图，HyperLogLog 超小内存唯一值计数，GEO 地理信息定位等数据结构。

功能丰富

  • 支持发布订阅
  • Lua脚本
  • 事务
  • pipline

简单

  • 不依赖外部库 like libevent
  • 单线程模型

主从复制

主服务器数据可以同步到从服务器上，这样可以为高可用和分布式提供一个很好的基础。

高可用、分布式

  • 高可用：Redis-Sentinel(v2.8)支持高可用
  • 分布式：Redis-Cluster(v3.0)支持分布式

使用场景

  • 缓存系统
  • 计数器
  • 消息队列系统
  • 排行榜
  • 社交网络
  • 实时系统

缓存系统

  1. 用户访问一个 App Server。
  2. 首先会先从 cache 中查询，主要是为了提高响应速度，因为cache通常是存放于内存中，读写速度较快，如果 cache 中有就直接返回给 AppServer。
  3. 如果 cache 中没有，就会去 Storage 中去取数据；为了下一次在 cache 中获取到相同的数据，会在 Storage 中的数据存放到 cache 中；最后将 Storage 中的数据返回给用户，当用户下次访问的时候就可以从 Cache 中获取。

数据结构与内部编码

目的是为了Redis内存优化

redis 的每个数据结构都有自己的内部编码，比如hash，对于用户而言，它的type是 hash， 实际上在内部，可能使用 hashtable 或者 ziplist 压缩列表

为什么这样做，首先 redis 是个内存的数据库，如果在使用一种数据结构的时候，以空间换取时间就可以使用一些压缩的结构，就像hash 里面有 ziplist 这样的结构，当它的元素个数比较小的时候，就可以用空间来换时间，因为元素个数比较小，元素的一些操作或者遍历或者查找也不会消耗很多时间或者CPU，这样就可以使用一个更小的空间来达到更优的内存使用效果，对于其他4中数据结构也是类似原理

在 redis 内部有个 redisObject 的对象或者说一个结构体，它有很多属性。 其中一个是数据类型 type，就是对外的数据结构类型，如 string, hash, list, set, sorted set 还有一个是编码方式 encoding, 比如raw, int, ziplist, linkedlist, hashmap, intset 还有其他属性，比如数据指针ptr, 虚拟内存vm, 其他信息

单线程架构

比如现在有个redis 服务，每个执行的命令相当于进入了一条高速公路，这个高速公路只有一条车道，也就是说不能两条命令同时执行，比如执行一个get命令的时候后面命令必须等待，等第一个 get 执行了之后，才能执行第二个 get，然后第三个 del，相当于一个串行的结果，这个其实就是redis单线程最简单的表现

记住一句话：redis 在一瞬间只能执行一条命令，不会同时执行两条命令

单线程为什么这么快？

在开发的时候一般单线程都是比较慢的，通常会使用多线程，那为什么redis使用单线程可以达到很快的效果呢？

1、纯内存

redis会将所有数据存放于内存中，内存的响应速度是非常快的，响应时间大概是100纳秒，也就是说 我们常说的redis高性能，其实是依赖内存的，另外代码也做了很多优化，但实际上本质是把数据放在内存中的。

2、非阻塞IO

就是 redis 使用了像 epoll 这样的模型作为 I/O 多路复用的实现，另外Redis自身实现了事件处理，将 epoll 连接读写关闭转为自身的事件，不在I/O上浪费过多的时间，这个也是它非常快的原因。

3、避免线程切换和竞态消耗

很多时候使用多线程，没有得到合理使用的时候，甚至比单线程还要慢。

一瞬间只能执行一条命令，而且使用 epoll 的非阻塞IO进行消费

使用单线程需要注意什么?

1、一次只运行一条命令

因为使用内存，一条命令在内存中的响应时间大概是100纳秒，也就非常快

2、拒绝长（慢）命令

长命令有: keys, flushall, flushdb, slow lua script, multil/exec, operate big value(collection) 等 这些命令不要在线上执行，比如一个 keys 因为数据很多，执行了10s，因为redis单线程的，这个命令没有执行完，后面的命令就会阻塞住，就需要等待前面的命令执行完才能去执行

Redis作为一个高性能的产品来说，一个应用想要达到 1 秒执行1万次命令，如果卡住了20s，所有的命令都会卡住，就会对应用预想的结果肯定不一样，还有可能达到超时，对于高可用的场景也是非常危险的。