簡介
redis（Remote Dictionary Server，遠程字典服務器）是一個開源的、高性能的鍵值對（key-value）存儲系統，是跨平臺的非關系型數據庫。
2008年，一款基于MySQL的網站實時統計系統——LLOOGG被正式推出。不久之后，Merzia公司由于不滿于這個系統的現有性能，于2009年為LLOOGG設計了一個全新的數據庫——Redis（第一個版本）。為了使Redis能夠應用到更多地方，其創始人在社區開源代碼，并與Redis另一名主要的代碼貢獻者共同開發著Redis。
2010年，VMware公司贊助Redis的開發，開發人員開始全職開發Redis。從2013年5月起，Pivotal成為Redis的主要贊助商。
根據Redis官網的最新介紹，Redis是一個開源（持有BSD許可）的、基于內存處理的數據結構存儲，用作數據庫存儲、緩存處理、消息代理和流引擎（Streaming Engine）。Redis的功能十分強大，在短短幾年的時間里，不僅獲得了龐大的用戶群體，還得到了大量程序員和IT公司的支持和推廣。
DB-Engines網站根據鍵值對存儲數據庫管理系統的受歡迎程度對它們進行排名，該排名結果每月更新一次。DB-Engines網站的鍵值對數據庫排名如下。
根據Stack Overflow年度開發人員的調查結果顯示，Redis連續4年獲得最受歡迎的鍵值對存儲數據庫的稱號。Redis是基于ANSI C語言編寫的，并且為開發者提供了多種語言的API，如C#、C++、GO、JAVA、php、Ruby、JavaScript、Perl、Python/ target=_blank class=infotextkey>Python等。伴隨著Redis的用戶越來越多，大部分的互聯網公司都開始使用Redis作為公共緩存。
特點
Redis作為熱門的NoSQL數據庫系統之一，提供了多種鍵值數據類型以適應不同場景下的存儲需求。Redis主要有以下6個特點。
1. 豐富的數據結構
Redis通常被稱為數據結構服務器，因為它不僅支持多種類型的數據結構，如字符串（strings）、散列（hashes）、列表（lists）、集合（sets）、有序集合等，而且還可以通過Redis哨兵（Sentinel）和自動分區（Cluster）實現高可用性。
2. 內存存儲與持久化
Redis數據庫的所有數據都被加載到內存中進行操作或處理，由于內存的讀寫速度遠遠大于硬盤，因此Redis的數據讀寫速度及性能也比其他數據庫更加優秀，它每秒可以讀寫超過10萬個鍵值。
Redis的數據存儲在計算機內存中，為了能夠持久地使用Redis數據，防止系統故障造成數據丟失，可以將Redis中的數據異步寫入磁盤空間中，這個過程就叫做Redis持久化。Redis提供了兩種不同的持久化方法，一種是快照（RDB，Redis DataBase），另一種是追加文件（AOF，Append Only File）。
3. 支持事務
Redis的事務操作可以保證數據操作的原子性，即一個事務中的所有命令要么全部執行，要么全部不執行。如果其中任何一個命令執行失敗，整個事務將被回滾到之前的狀態。這種原子性保證了Redis的數據操作具有可靠性和一致性。
4. 支持主從復制
Redis支持主從復制構建集群，支持數據的備份。為了分擔讀取數據的壓力，Redis不僅支持主從同步，而且也支持一主多從以及多級從結構，其中主節點提供寫操作，從節點僅提供讀操作。對于“讀多寫少”的狀況，可為主節點配置多個從節點，從而提高響應效率。
(1) Redis主從同步實現過程
Redis主從數據的同步是異步進行的，主從同步存在一個狀態差，但不會影響主邏輯，也不會降低Redis的處理性能。
如圖2-2所示，Redis實現主從同步的過程大致可以分為以下6步。
① 從節點執行slaveof命令；
② 從節點保存slaveof命令中主節點的信息，不做其他操作；
③ 從節點內部的定時任務發現有主節點的信息，開始使用socket連接主節點；
④ 連接成功后，從節點向主節點發送ping命令，請求連接；
⑤ 如果主節點設置了權限，從節點需要進行權限驗證；如果驗證失敗，復制終止；權限驗證通過后，主從節點進行數據同步，主節點將全部數據全部發送至從節點，做一次完整備份；
⑥ 主從節點完成備份后，主節點將持續發送給從節點新的數據變動命令，從節點實時同步，保證主從數據一致性。
(1) Redis數據同步的過程
Redis 2.8版本之后，從服務器對主服務器的同步操作需要使用psync命令來實現，主從服務器在執行psync命令期間的通信過程如下。
參數說明：
1) runId：每個Redis節點啟動都會生成唯一的uuid，每次Redis重啟后，runId都會發生變化。
2) offset：主節點和從節點各自維護自己的主從復制偏移量offset，當主節點有寫入命令時，offset=offset+命令的字節長度。從節點在收到主節點發送的命令后，也會增加自己的offset，并把自己的offset發送給主節點。這樣，主節點同時保存自己的offset和從節點的offset，并通過對比offset來判斷主從節點數據是否一致。
發送psync命令的目的是讓從服務器與主服務器進行同步，以確保從服務器的數據與主服務器的數據保持一致。當從服務器發送psync命令后，主服務器可能會有以下3種響應情況。
1) FULLRESYNC：第一次連接，進行全量復制
2) CONTINUE：進行部分復制
3) ERR：不支持psync命令，進行全量復制
5. 功能豐富
Redis不僅是優秀的存儲數據庫，還擔任著其他角色，比如緩存系統、隊列系統等。
作為緩存系統，Redis為每個鍵設置生存時間（Time To Live，TTL），生存時間到期后鍵會自動被刪除，還可以限定數據占用的最大內存空間，在數據達到空間限制后按照一定的規則自動淘汰不需要的鍵。借助Redis出色的性能、豐富的數據類型及其特有的持久化，用戶可將Redis應用到更加寬廣、豐富的業務中去。
Redis是一個高性能的優先級隊列，它借助列表類型鍵實現隊列，支持阻塞時的讀取操作。除此之外，Redis還支持“發布/訂閱”的消息模式，可幫助用戶構建聊天室系統
6. 簡單穩定
Redis使用起來十分便捷，它提供了幾十種編程語言的客戶端庫。用戶可以使用命令操作Redis數據庫，實現讀寫數據，便于在程序中與Redis的交互。命令語句與Redis的關系相當于SQL語句與MySQL的關系。
Redis的開發代碼量僅3萬多行，并且開源，便于用戶通過修改Redis源代碼來適應自己的項目需求。同時，對于希望充分發揮數據庫性能的開發者而言，Redis也具有很大的吸引力。到目前為止，已有近百名開發者為Redis貢獻了代碼。在良好的開發氛圍和嚴謹的版本發布機制下，Redis穩定版本的性能更具可靠性。
應用場景
Redis 數據庫主要被大型企業、初創公司和政府組織用于以下場景：緩存、構建隊列系統、實時欺詐檢測、全球用戶會話管理、實時庫存管理、AI/ML功能存儲以及索賠處理。
Redis數據庫在內存中讀寫數據的容量受到物理內存的限制，不適用海量數據的高性能讀寫，再加上它缺少原生的可擴展機制，不具備可擴展能力，需要通過客戶端來實現分布式讀寫，因此Redis適合的場景主要局限在較小數據量的高性能操作和運算上。目前，國內的互聯網企業，如新浪微博和知乎，以及國外互聯網企業的產品，如Github、Stack Overflow、Flickr和Instagram，這些都是Redis的用戶。
常見用例包括以下6種。
1. 存儲數據庫
使用云數據庫Redis時，Redis作為持久化數據庫，主程序部署在ECS上，所有業務數據存儲在Redis中。云數據庫Redis版支持持久化功能，主備雙機冗余數據存儲，保證了服務的高可用性。適用場景為游戲網站及應用。
2. 緩存
Redis最常見的應用場景是作為緩存系統。它使用String類型來將序列化后的對象存儲到內存中。
Redis是單線程模型，而Memcached則支持多線程。應用在多核服務器上時，Redis的性能比Memcached要遜色一些。Redis的性能優異，通常情況下其性能不會成為服務的瓶頸。Redis將會很好地代替Memcached，成為熱點數據緩存的首選工具。
3. 消息隊列
Redis支持保存List鏈表和Set集合的數據結構，且支持對List進行各種操作。基于List來做FIFO雙向鏈表可實現一個輕量級的高性能消息隊列服務。常見的應用場景有12306網站的排隊購票業務和候補業務，電商網站的秒殺、搶購等業務。
4. 排行榜
Redis使用有序集合和一個計算熱度的算法，可以輕松地得到一個熱度排行榜。常見的應用場景有新聞頭條、微博熱搜榜、熱歌榜、游戲排行榜等。
5. 位操作
當需要處理上億數據量的情況時，可以考慮使用位操作。例如處理幾億用戶的簽到、去重登錄的統計、查詢用戶的在線狀態等場景。如果為每個用戶建立一個key，那么對于擁有十億用戶的騰訊來說，所需要的內存大小將難以想象。使用Redis的位操作命令，如setbit、getbit和bitcount，可以解決上述問題。可以在Redis內部構建一個足夠長的數組，每個數組的值為0或1。數組的下標（index）使用數字表示用戶ID。這樣，可以使用下標和元素值來記錄并存儲數億條記錄。
6. 計數器
Redis高效率讀寫的特點可以充分發揮其計數功能。Redis的數據結構中，String、hash等支持原子性的遞增操作，適用諸如統計點擊數應用。因為Redis是單線程，所以能夠避免并發問題，保證不會出錯，而且其100%毫秒級的性能，非常適用于高并發的秒殺活動、分布式序列號的生成、網站訪問統計等場景。
支持的數據結構
Redis以鍵值對的形式存儲數據，而value則支持多種數據類型，常見的數據結構有String（字符串）、List（列表）、Set（集合）、Hash（散列）和Sorted Sets（有序結合）。本節將詳細講解這5種數據結構。
1．String（字符串）
String類型是Redis最基本的數據類型，一個key對應一個value，String類型的value最大能存儲512MB。String的值是二進制類型的，具有較高的安全性，其值的數據類型可以為文本、圖片、視頻或者序列化的對象。
String數據結構多用于實現計數功能，例如掘金文章的點擊數量、閱讀數量、視頻觀看量、分布式鎖，也常用于集群環境下的session共享。
2．List（列表）
Redis列表是簡單的字符串列表，按照插入順序排序，最多可存儲2³²-1個元素。對列表進行讀寫操作時，只能添加或讀取一個元素到列表的頭部（左邊）或者尾部（右邊）。
GoodID為列表的鍵名，2022001、2022002、2022003和2022003都是列表中的鍵值。這些值均按照插入順序排列，分別為列表的第1個字符串元素、第2個字符串元素、第3個字符串元素、第4個字符串元素。另外，List允許出現重復的值，如該List中的第3個元素和第4個字符串元素都為2022003。
List數據結構可用于獲取最新的評論列表、最近N天的活躍用戶數、新聞推薦等。
3．Set（集合）
Set是字符串元素的無序集合。其中，字符串元素是不重復且無序的，集合最多可存儲2³²-1個元素。
Set類型與hash類型的存儲結構相同，僅存儲鍵，不存儲值(nil)。這是因為Set的內部實現是一個value永遠為null的HashMap。HashMap通過計算hash的方式來實現快速排重，這也是set能提供判斷一個成員是否在集合內的原因。Set的value和List的value類似，都是一個字符串列表，區別在于Set是無序的，且Set中的元素是唯一的。
利用Redis提供的Set數據結構可以存儲大量的數據，并且高效的內部存儲機制使其在查詢方面具有更高的工作效率。
Set可用于存儲一些集合性的數據，比如微博應用中，把一個用戶關注的人放在一個集合中，用戶的粉絲放到一個集合中，通過集合的交集、并集、差集等操作，實現共同關注，互相關注、可能認識的人等功能。除此之外，Set集合常用于限時抽獎活動、共同好友、商品篩選等場景。
4．Hash（散列）
Redis Hash是一個無序的鍵值(key-value)對集合。Redis本身就是key-value類型，此處的Hash數據結構指的是key-value中的value，正是因為如此，hash特別適合用于存儲對象。
Hash是一個字符串類型的key和value的映射表，其中存儲鍵的類型必須為字符串類型，值的類型可以是不可重復的字符串、數字等。
Hash使用哈希表結構實現數據存儲，一個存儲空間保存多個鍵值對數據，常應用于各種商城購物車如淘寶、京東等。
5．Sorted Sets（有序集合）
Sorted Sets是在Set的基礎上，為value中的每個字符串關聯了一個score（得分）屬性。Sorted Sets通過計算得分，將字符串進行排序，這也是有序集合與散列的主要區別。
有序集合允許直接操作值，散列則是通過鍵來查找值；有序集合的鍵是唯一的，值是不唯一的，而散列的值則是唯一的。有序集合是按照值的大小進行排序的，常用于各種排行榜，如百度新聞榜單、熱搜榜等。
