Redis入门——初识、特性、使用场景

最近学习付磊、张益军两位搜狐大神的《Redis开发与运维》，开始了Redis入门（入坑）之路。众所周知，Redis作为基于键值对的NoSQL数据库，具有高性能、丰富的数据结构、持久化、高可用、分布式等特性，同时Redis本身非常稳定，得到业务的广泛认可和使用。掌握Redis已经逐步成为开发和运维人员的必备技能之一。
本文从初识、特性、使用场景进行Redis讲解。

初识Redis

Redis（Remote Dictionary Server）是一种基于键值对（key-value）的NoSQL数据库，Redis中的值可以是有string（字符串）、hash（哈希）、list（列表）、set（集合）、zset（有序集合）、Bitmaps（位图）、HyperLogLog、GEO（地理信息定位）等多种数据结构和算法组成，因此Redis可以满足很多应用场景，而且因为Redis会将所有数据都存放在内存中，所以读写性能非常惊人。
2008年，Redis作者Salvatore Sanfilippo在开发一个叫LLOOGG的网站，需要实现一个高性能的队列功能，最开始是使用MYSQL来实现，但后来发现无论怎么优化SQL都很难将网站性能提高上去，加上他自己囊中羞涩（一般人是贫穷限制了想象力，大神是贫穷激发了想象力），于是他决定自己做一个专属于LLOOGG的数据库，也就是Redis的前身。
目前从Redis的官方公司统计来看，有很多大公司在使用Redis，如国外的Twitter、Stack Overflow、GitHub等，国内就更多了，如果从体量来统计，新浪微博可以说是全球最大的Redis使用者，还有像阿里巴巴、腾讯、百度、优酷土豆等公司都是Redis的使用者。
熟悉使用和运维Redis已经成为开发运维人员的一个必要技能。

Redis特性

速度快

Redis官方给出Redis读写性能可以达到10万/秒，不过这也取决于机器性能。暂且抛开机器性能差异，只讨论分析Redis速度飞快的原因，大致归纳一下四点：
1、Redis的所有数据都是存放在内存中；
2、Redis是用C语言实现的。一般来说，C语言实现的程序“距离”操作系统更近，执行速度相对会更快；
3、Redis是采用了单线程架构，预防了多线程可能产生的竞争问题；
4、作者对Redis源码不断打磨。

基于键值对的数据结构服务器

几乎所有编程语言都提供了类似字典Dictionary的功能，比如Java中的map、Python中的dict，类似这种组织数据的方式叫做基于键值的方式。与很多键值对数据库不同的是，Redis中的值不仅可以是字符串，而且还可以是具体的数据结构，这样不仅能便于在许多应用场景的开发，同时也能够提高开发效率。

功能丰富

Redis提供了很多额外的功能：
1、提供了键过期功能，用来实现缓存；
2、提供了发布订阅功能，用来实现消息系统；
3、支持Lua脚本功能，可以利用Lua创造出新的Redis命令；
4、提供了简单的事务功能，能在一定程度上保证事务特性（ACID）；
5、提供了流水线（PipeLine）功能，能将一批命令一次性传到Redis，减少了网络开销。

简单稳定

首先，Redis源码很少，早期版本代码只有2W行左右，3.0版本之后添加了集群特性，代码增致5W行左右，相对于很多NoSQL数据库来说，代码量要少很多。其次，Redis使用单线程模型，这样不仅使得Redis服务端处理模型变得简单，并且也使得客户端开发变得简单。最后，Redis不需要依赖于操作系统中的类库。

客户端语言多

Redis提供了简单的TCP通信协议，很多编程语言可以很方便接入到Redis，并且由于Redis受到社区和各大公司的广泛认可，所以支持很友好，几乎涵盖了主流的编程语言。

持久化

通常来说，将数据放在内存中是不安全的，一旦断电或者机器故障，重要的数据可能就会丢失。因此Redis提供了两种持久化方式：RDB和AOF，即可以使用两种策略将内存的数据保存到硬盘中，这样就保证了数据的可持久性。

Image01

主从复制

Redis提供了复制功能，实现了多个相同数据的Redis副本，复制功能是分布式Redis的基础。

Image02

高可用和分布式

Redis从2.8版本正式提供了高可用实现Redis Sentinel，它能够保证Redis节点的故障发现和故障自动转移。Redis从3.0版本正式提供了分布式实现Redis Cluster，它是Redis真正的分布式实现，提供了高可用、读写和容量的扩展性。

Redis使用场景

Redis可以做什么

1、缓存
缓存机制几乎在所有大型网站都有使用，合理使用缓存不仅可以加快数据的访问速度，而且能够有效地降低后端数据源的压力。Redis提供了键值过期时间设置，并且也提供了灵活控制最大内存和内存溢出后的淘汰策略。
2、排行榜系统
比如按照热度排名的排行榜，按照发布时间的排行榜，按照各种复杂维度计算出的排行榜，Redis提供了列表和有序集合数据结构，合理地使用这些数据结构可以很方便地构建各种排行榜系统。
3、计数器应用
计数器在网站中的作用相当重要，例如视频网站有播放数、电商网站有浏览数，为了保证数据的实时性，每一次播放浏览都要做+1的操作，如果并发量很大对于传统关系型数据的性能是一种挑战。Redis天然支持计数功能而且计数性能非常好，是计数器系统的重要选择。
4、社交网络
点赞、粉丝、共同好友、推送、下拉刷新等是社交网络的必备功能，由于社交网站访问量通常比较大，而且传统关系型数据不太适合保存这种类型的数据，Redis提供的数据结构可以较为容易地实现这些功能。
5、消息队列
消息队列系统可以说是一个大型网站的必备基础组件，因为其具有业务解耦、非实时业务削峰等特性。Redis提供了发布订阅和阻塞队列，虽然和专业的消息队列kafka等，还不够强大，但对于一般的基本可以满足。

Redis不可以做什么

聊完了Redis厉害之处，也要注意Redis并不是万金油，有适合用它解决的问题，也有不适合用它解决的。从数据规模和数据冷热这两个角度来分析一下。

站在数据规模的角度来看，数据可以分为大规模数据和小规模数据。Redis的数据是存放在内存中的，虽然现在内存已经足够便宜，但是如果数据量非常大，比如每天有过亿的用户行为数据，使用Redis来存储的话，基本上是无底洞，经济成本相当高。

站在数据冷热的角度来看，数据分为热数据和冷数据，热数据通常是指需要频繁操作的数据，反之，则是冷数据。例如对于视频网站来说，视频基本信息基本上在各个业务线都是经常要操作的数据，而用户的观看记录不一定是经常需要访问的数据，这里暂且不讨论两者数据规模的差异，单纯站在数据冷热的角度上看，视频信息属于热数据，用户观看记录属于冷数据。如果将这些冷数据放在Redis中，无疑是内存浪费，但是对于一些热数据，可以将其放在Redis中加速读写，也可以减轻后端存储的负载，可以说是事半功倍。