随着網際網路的高速發展，高并發，大資料量的應用場景越來越普遍，傳統的DB資料庫已經不能直接的支撐業務的要求了，系統需要那些低延遲高處理速度，能夠處理海量的資料流，并且易于大規模叢集化管理的資料存儲系統。這時候 ，NoSQL型資料庫應運而生，它一般具備高性能、可擴充性強、高可用等優點，而Redis便是其中應用最廣泛的一種。
Redis是什麼？
在redis的官網上我們可以看到下面一段簡介：
Redis is an open source (BSD licensed), in-memory data structure store, used as a database, cache, and message broker. Redis provides data structures such as strings, hashes, lists, sets, sorted sets with range queries, bitmaps, hyperloglogs, geospatial indexes, and streams. Redis has built-in replication, Lua scripting, LRU eviction, transactions, and different levels of on-disk persistence, and provides high availability via Redis Sentinel and automatic partitioning with Redis Cluster.
Redis是一個開源（BSD許可），基于記憶體運作的資料結構存儲系統，可用作資料庫、緩存和消息代理。Redis提供諸如字元串(String)、哈希(Hash)、清單(List)、集合(Set)、 有序集合 (sorted set)、位圖(Bitmaps)、hyperloglogs、geospatial indexes,和流(streams)等資料結構。Redis具有内置的 複制（replication）， LUA腳本（Lua scripting），LRU驅動事件（LRU eviction），事務（transactions） 和不同級别的磁盤持久性 （persistence），并通過Sentinel和自動分區（Cluster）提供高可用性（high availability） 。
簡而言之，Redis是一種開源的，運作于記憶體中的的，基于k-v(鍵值對)的非關系型資料存儲系統。
一.Redis 特點概覽
Redis作為目前市場上最受歡迎的NoSQL資料庫，有着非常多的優點。下面總體的概括介紹下，Redis的特點：
純記憶體操作、讀寫性能優異： C語言實作，所有資料都加載在記憶體中，運作速度非常快，資料讀速度11萬/秒，寫資料81000/s。(在筆者所在公司單台redis機器為2C4G的規格，通常計算tps為2萬tps/s);
單程序單線程模型 ：單線程操作，避免線程上下文切換開銷，非阻塞的多路複用IO防止IO等待的開銷 ，這也是Reids快的一個原因。
支援資料持久化：基于記憶體存儲的Redis，提供了提供了兩種資料持久化政策(RDB 和 AOF)，可以友善的實作資料的落盤存儲。
操作原子性， 支援事務：所有Redis操作是原子的，同時Redis還支援對幾個操作合并後的原子性執行。
非關系型、資料結構豐富： Redis為key-value存儲系統 ，支援多種資料結構：清單，集合，有序集合，散列資料類型。
支援主從複制（master-slaver）：通過主從複制可以允許多個slave server擁有和master server相同的資料庫副本。可讀寫分離，讓master server專用于寫資料，slave server用于讀資料，一寫多讀。
實作高可用和分布式：提供了高可用實作Redis Sentinel，它能夠保證Redis節點的故障發現和故障自動轉移。從3.0版本正式提供了分布式實作Redis Cluster，它是Redis真正的分布式實作，提供了高可用、讀寫和容量的擴充性。
支援多開發語言：Redis支援多種語言，諸如Lua，Ruby,Python, Twisted Python, PHP, Erlang, Tcl, Perl, ,Java, Scala, Clojure等。
下面将結合這些特點，對Redis的一些常見知識做梳理，幫助讀者更快的了解Redis。
1.為什麼要使用Redis?
因為Redis夠快，讀寫速度快就意味“高性能”與天生适應“高并發”，而這兩個性能正是現代網際網路所需要的。
2.Redis為什麼這麼快?
1、完全基于記憶體，絕大部分請求是純粹的記憶體操作，非常快速。資料存在記憶體中，類似于 HashMap，HashMap 的優勢就是查找和操作的時間複雜度都是O(1)；
2、資料結構簡單，對資料操作也簡單，Redis 中的資料結構是專門進行設計的；
3、采用單線程，避免了不必要的上下文切換和競争條件，也不存在多程序或者多線程導緻的切換而消耗 CPU，不用去考慮各種鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖操作，沒有因為可能出現死鎖而導緻的性能消耗；
4、使用多路 I/O 複用模型，非阻塞 IO；
3.Redis有哪些資料類型
Redis主要有5種資料類型，包括String，List，Set，Zset，Hash，滿足大部分的使用要求
二、持久化相關
3.Redis為什麼要持久化？
Redis是純記憶體操作的，那麼斷電停機了要怎麼辦？是以出現了資料持久化，即把記憶體的資料寫到磁盤中去，防止服務當機了記憶體資料丢失。
4. Redis 的持久化機制是什麼？各自的優缺點？
Redis 提供兩種持久化機制 RDB（預設） 和 AOF 機制:
RDB：是Redis DataBase縮寫快照
RDB是Redis預設的持久化方式。按照一定的時間将記憶體的資料以快照的形式儲存到硬碟中，對應産生的資料檔案為dump.rdb。通過配置檔案中的save參數來定義快照的周期。
優點：
- 1、隻有一個檔案 dump.rdb，友善持久化。
- 2、容災性好，一個檔案可以儲存到安全的磁盤。
- 3、性能最大化，fork 子程序來完成寫操作，讓主程序繼續處理指令，是以是 IO 最大化。使用單獨子程序來進行持久化，主程序不會進行任何 IO 操作，保證了 redis 的高性能
- 4.相對于資料集大時，比 AOF 的啟動效率更高。
缺點：
資料安全性低。RDB 是間隔一段時間進行持久化，如果持久化之間 redis 發生故障，會發生資料丢失。是以這種方式更适合資料要求不嚴謹的時候)
- AOF：持久化
AOF持久化(即Append Only File持久化)，則是将Redis執行的每次寫指令記錄到單獨的日志檔案中(aof 檔案)，當重新開機Redis會重新将持久化的日志中檔案恢複資料。
當兩種方式同時開啟時，資料恢複Redis會優先選擇AOF恢複。
優點：
- 1、資料安全，aof 持久化可以配置 appendfsync 屬性，有 always，每進行一次 指令操作就記錄到 aof 檔案中一次。
- 2、通過 append 模式寫檔案，即使中途伺服器當機，可以通過 redis-check-aof 工具解決資料一緻性問題。
- 3、AOF 機制的 rewrite 模式。AOF 檔案沒被 rewrite 之前（檔案過大時會對指令 進行合并重寫），可以删除其中的某些指令（比如誤操作的 flushall）)
缺點：
- 1、AOF 檔案比 RDB 檔案大，且恢複速度慢。
- 2、資料集大的時候，比 rdb 啟動效率低。
總結
- AOF檔案比RDB更新頻率高，優先使用AOF還原資料。
- AOF比RDB更安全也更大
- RDB性能比AOF好
- 如果兩個都配了優先加載AO
5.如何選擇合适的持久化方式？
- 一般來說， 如果想達到足以媲美PostgreSQL的資料安全性，你應該同時使用兩種持久化功能。在這種情況下，當 Redis 重新開機的時候會優先載入AOF檔案來恢複原始的資料，因為在通常情況下AOF檔案儲存的資料集要比RDB檔案儲存的資料集要完整。
- 如果你非常關心你的資料， 但仍然可以承受數分鐘以内的資料丢失，那麼你可以隻使用RDB持久化。
- 有很多使用者都隻使用AOF持久化，但并不推薦這種方式，因為定時生成RDB快照（snapshot）非常便于進行資料庫備份， 并且 RDB 恢複資料集的速度也要比AOF恢複的速度要快，除此之外，使用RDB還可以避免AOF程式的bug。
- 如果你隻希望你的資料在伺服器運作的時候存在，你也可以不使用任何持久化方式。
三、過期鍵的删除政策
6. Redis的過期鍵的删除政策
我們都知道，Redis是key-value資料庫，我們可以設定Redis中緩存的key的過期時間。Redis的過期政策就是指當Redis中緩存的key過期了，Redis如何處理。
過期政策通常有以下三種：
- 定時過期：每個設定過期時間的key都需要建立一個定時器，到過期時間就會立即清除。該政策可以立即清除過期的資料，對記憶體很友好；但是會占用大量的CPU資源去處理過期的資料，進而影響緩存的響應時間和吞吐量。
- 惰性過期：隻有當通路一個key時，才會判斷該key是否已過期，過期則清除。該政策可以最大化地節省CPU資源，卻對記憶體非常不友好。極端情況可能出現大量的過期key沒有再次被通路，進而不會被清除，占用大量記憶體。
-
定期過期：每隔一定的時間，會掃描一定數量的資料庫的expires字典中一定數量的key，并清除其中已過期的key。該政策是前兩者的一個折中方案。通過調整定時掃描的時間間隔和每次掃描的限定耗時，可以在不同情況下使得CPU和記憶體資源達到最優的平衡效果。
(expires字典會儲存所有設定了過期時間的key的過期時間資料，其中，key是指向鍵空間中的某個鍵的指針，value是該鍵的毫秒精度的UNIX時間戳表示的過期時間。鍵空間是指該Redis叢集中儲存的所有鍵。)
Redis中同時使用了惰性過期和定期過期兩種過期政策。
擴充：Redis key的過期時間和永久有效分别怎麼設定？
EXPIRE和PERSIST指令。
7.Redis的記憶體空間用完了會怎樣？
1.如果達到設定的上限，Redis的寫指令會傳回錯誤資訊（但是讀指令還可以正常傳回）。
2.如果配置了記憶體淘汰機制，當Redis達到記憶體上限時會沖刷掉舊的内容。
8. Redis的記憶體淘汰政策有哪些？
Redis的記憶體淘汰政策是指在Redis的用于緩存的記憶體不足時，怎麼處理需要新寫入且需要申請額外空間的資料。
不同于之前的版本，redis5.0為我們提供了八個不同的記憶體置換政策。很早之前提供了6種。
設定過期時間的鍵空間選擇性移除：
（1）volatile-lru：從已設定過期時間的資料集中挑選最近最少使用的資料淘汰。
（2）volatile-ttl：從已設定過期時間的資料集中挑選将要過期的資料淘汰。
（3）volatile-random：從已設定過期時間的資料集中任意選擇資料淘汰。
（4）volatile-lfu：從已設定過期時間的資料集挑選使用頻率最低的資料淘汰。
全局的鍵空間選擇性移除
（5）allkeys-lru：從資料集中挑選最近最少使用的資料淘汰
（6）allkeys-lfu：從資料集中挑選使用頻率最低的資料淘汰。
（7）allkeys-random：從資料集（server.db[i].dict）中任意選擇資料淘汰
（8） no-enviction（驅逐）：禁止驅逐資料，這也是預設政策。意思是當記憶體不足以容納新入資料時，新寫入操作就會報錯，請求可以繼續進行，線上任務也不能持續進行，
9.淘汰機制的實作
1、删除失效主鍵
既然是淘汰，那就需要把這些資料給删除，然後儲存新的。Redis 删除失效主鍵的方法主要有兩種：
（1）消極方法（passive way），在主鍵被通路時如果發現它已經失效，那麼就删除它。redis在實作GET、MGET、HGET、LRANGE等所有涉及到讀取資料的指令時都會調用 expireIfNeeded，它存在的意義就是在讀取資料之前先檢查一下它有沒有失效，如果失效了就删除它。
（2）積極方法（active way），周期性地探測，發現失效就删除。消極方法的缺點是，如果key 遲遲不被通路，就會占用很多記憶體空間，是以才有積極方式。
（3）主動删除：當記憶體超過maxmemory限定時，觸發主動清理政策，該政策由啟動參數的配置決定
主鍵具體的失效時間全部都維護在expires這個字典表中：
四、Redis的應用場景
1.計數器
可以對 String 進行自增自減運算，進而實作計數器功能。Redis 這種記憶體型資料庫的讀寫性能非常高，很适合存儲頻繁讀寫的計數量。利用這一特性可以生成全局唯一性ID。
2.緩存
将熱點資料放到記憶體中，設定記憶體的最大使用量以及淘汰政策來保證緩存的命中率。
3.分布式鎖實作
在分布式場景下，無法使用單機環境下的鎖來對多個節點上的程序進行同步。可以使用 Redis 自帶的 SETNX 指令實作分布式鎖，除此之外，還可以使用官方提供的 RedLock 分布式鎖實作。
4.消息隊列(釋出/訂閱功能)
List 是一個雙向連結清單，可以通過 lpush 和 rpop 寫入和讀取消息。不過最好使用 Kafka、RabbitMQ 等消息中間件。
5.查找表
例如 DNS 記錄就很适合使用 Redis 進行存儲。查找表和緩存類似，也是利用了 Redis 快速的查找特性。但是查找表的内容不能失效，而緩存的内容可以失效，因為緩存不作為可靠的資料來源。
五、Redis的常見資料類型
Redis主要有5種資料類型，包括String，List，Set，Zset，Hash，滿足大部分的使用要求
| 資料類型 | 可存儲的Value | 操作 | 應用場景 |
|---|---|---|---|
| String | 字元串、整數、浮點數 | 對整個字元串或其中部分操作； 對數進行自增、自減操作 | 鍵-值 緩存 |
| List | 清單 | 首位壓入、彈出元素； 對部分元素進行操作 | 存儲表型資料結構，入文章清單 |
| Hash | 包含鍵值對的無序散清單 | 添加、擷取、移除單個鍵值對； 擷取所有鍵值對； 檢查某鍵是否存在 | 結構化對象，如一個實體 |
| Set | 無序集合 | 添加、擷取、移除單個元素； 檢查元素是否存在； 計算交、并、差集； 從集合中随機擷取元素 | 交集、并集、差集操作 |
| ZSet | 有序集合 | 添加、擷取、移除單個元素； 根據分值範圍或成員來擷取元素 計算一個鍵的排名 | 去重、排序 |