Redis原理介绍

不念不忘少年蓝@ 2022-11-12 02:56 174阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  前言：Redis原理介绍
 *  一、Redis是什么？
 *  二、Redis和Memcach对比
 *   *  1.为什么说Redis比Memcach要好？
     *  2.安装

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# 前言：Redis原理介绍 #

首先我们想象一个场景，服务器里有一个文件，这个文件我想快速的查找出某个我想要的数据，Linux中有grep，awk等命令，我还可以用C,C++等各种语言，读取这个文件的IO流读取查找，这里会有一些什么问题？

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提示：

**一丶**有一些大家都知道的常识，在计算机中，数据在磁盘的，磁盘的维度有两个指标，第一个是寻址，寻址的速度是毫秒级的，第二个是带宽，也就是单位时间可以有多少个字节流过去，多大的数据流过去，基本上是G或者M级别的，就是几百兆或者几个G的这样一个带宽速度，这是磁盘的基础知识。

**二丶**另外一个就是内存，内存有一个寻址，他的寻址纳秒级别，可想而知他的速度，一千分之一秒是毫秒，一千分之一毫秒是微秒，一千分之一微秒是纳秒。

如上一和二进行对比，磁盘和内存相比是很慢的，磁盘比内存慢了10万被，在寻址上慢了10倍，这样思考一下，只要是数据放在内存，一定是比磁盘快的！！！

**IO Buffer**  
首先我们想读取文件，是不是需要IO流？ Buffer存在一个成本问题，磁盘有磁道和扇区，每个扇区有多少字节？每次扇区有512个字节，如果我们想访问这个硬盘的硬件，这个硬盘的大小大概1个T，都是最小力度每个扇区进行查找，我的数据在那个扇区放着？这样的话我们查找，是不是成本变大，索引变大，1T里面很多512，那么操作系统中是不是需要索引，这个索引大小是不是我们就不确定多少字节了，他需要一个很大的数据区间，才能获取扇区，所哟成本越大，索引越大，我们的磁盘格式化的时候会有4k对齐，也就是真正用到硬件的时候，并不是按照扇区的读写量，他会变得大一些，如果自己读的话是512个字节，读取到1K就给硬盘了，硬盘都是默认4k格式化的，无论读多少都是最少4k从磁盘拿的，文件如果从几M到几个G查询的速度变慢了，如果访问的话硬盘是否收到影响？也就是IO读取的速度，换言而知，我们如果把这些数据放入数据库中是不是，查找速度变快了，如果咱们在数据库建一张表，里面有很多行，存到磁盘的时候，他其实在物理存的时候，用到了4K这个小格子概念，这个4K和咱们格式化的时候和我们的磁盘对的上，所以数据库准备很多这样的4K，也就是曾经数据是线性在一个文件里面，他的底层是4K，所以文件混在一起，4k连起开不能把他们分割，如果我在自己的软件里定义一个4k这4K的数据他都有不同的ID号，0号丶1号。。。。，我要查找4K里面的某个数据，正好符合我的磁盘IO，自己也可以变小，变小的话是不是变慢了？磁盘IO一次读取的是4k，我要查找数据的时候调用对某个位置，一下就可以拿出来了，如果我定义小了，对资源是一种浪费，为什么浪费如果定义1k但是底层也会按照4K走，定义大了无所谓，可以往大了调，因为IO读取会从第一个数据读取到内存，然后挨个去找，他走的还是全亮的IO，查找的时候和前面的复杂度，几乎一样.  
**MYSQL**  
我们如何让数据库变快？  
数据库是怎么做的变快的哪，也就是建一张表，如果不加索引的话，还是和以前一样的，所以数据库里面出现了索引，索引其实就是4k这种存储的模型，无非就是4k的格子前面放了一行行的数据，然后这4k里面放着你的一列数据，比如说手机号一列，我就把这个手机号拿到前面4K的里面，每一个手机号，都有指向的关系，我们称之为索引。所以数据量变大的话，索引也会随之变多，数据是用4K，4K的去存，如果想查询很快的话，那就建一个索引系统。  
就是我们建表的时候，数据一般用什么存储方式？必须给出，一张表有多少列，每一列他是什么类型，约束是什么，每一列的类型就是字节的宽度，比如说varchar(20),那么第一列一定会开辟出20个字节，只要是给出类型长度，这样表的每一行数据的宽度就定死了，例如说这个有10个字节，你只给出第一个和第七个，剩下没有的都会用0会开辟，用空的东西去补充哪些字节，首先我们要知道，存的时候更倾向于行级存储，以行为单位来存，咱们给了固定宽度，有一个好处，我们有10个字节，每个字都是4个字节的话就是40个，随便给了其中一个字段有值，那么剩下的30个我也会占空，把这行的未知占位，为了以后的增删改。  
**索引**  
有了索引之后，就是数据和索引其实都是存在硬盘中的，然后这个时候查的时候是要用到一个东西，就是在内存里面准备一个B+Tree,内存是计算机查找数据最快的地方，B+Tree所有的叶子就是小格子，B+Tree其实树干在内存里的，比如说区间和偏移，这个时候你想查询数据，在where条件里，只要命中索引了，那么就会走B+Tree的树干，最终找到某一个叶子，比如说这个手机号恰好在这个叶子的区间，那么把他从磁盘读取到内存，最笨的方法，遍历完之后，可以下一次我要查询，我就直到他在哪个叶子里了，最简单B+Tree，然后二叉树，中间例如是6左边是小于6的，右边是大于6的，如果你想查10，肯定会走右边这条路，肯定树干随着最小的方向去找，这样是不是就节省了很多时间，但是7-10都会挨个读取到内存，把这些索引存到内存的话，内存不够，存不下这些索引，所以可以这么干，那就是拆分，内存中就只存储一个树干，顺藤摸瓜，就只存一个区间，这样能快速定位，为什么拆分，磁盘能存储大量的数据，内存的速度快，他两个结合利用各自的优点，岂不是美滋滋，最终不是解决了IO流量，磁盘查询慢这样是不是减少寻址的过程，就类似于我们的村庄，我要找小明，我就得从第一家开始找，我不知道小明他家在哪里，这样挨家挨户去找，耗费资源，自己也累够呛，这时你需要村长，你问小明他家在哪里，村长比划一下，从某个大路树干，到哪里去，然后他家就在那里的附近，正好有邻居，你问邻居，邻居说，他是我们5队的，然后你就能找到这个小明家，我下次来是不是不用问了，我去过他家，快速定位。随着人口变多，表的数据量变大，查询速度索引等都会变低  
**在索引上执行增删改**  
首先增删改，如果表有索引，然后增删改变慢，因为你要修改数据的话，这个数据你建了多少索引都会找到索引列，所以你必须修改索引或者调整他的位置，就是维护索引会让你的增删改变慢。  
**查询速度**  
**一丶**加入我的表100g，硬盘就能装下100g，然后内存也刚刚把所有的树干存下，然后那都没有一处，哪里都没有问题，来一个人查询的时候，他的where 条件能够命中索引，那么这个时候，如果一个少量查询，依然会很快。就是查询进来后因为你的where条件走的还是B+tree，走的还是一个索引块，然而这个块依然走的是data page ，他并没有说，你的数据量编发，我未来会把别的data page 也到带到内存中  
**二丶**为什么说查询速度什么时候变慢，也就是说并发，很多一块查询，很多查询都到达了，或者一个复杂的查询，这个时候是不是要获取data page 到内存，因为你的数据量变大，数据量越大，能够被很多查询的命中的几率，被不同命中的几率也会变大，所以这个时候影响带宽的速度，也就是说同时来1万个人查询，每个人查询查一个4k，每个人查询条件都不一样，刚好是又散在不同的4k上的，那么这一万个查询进入服务器后，一万个4k是挨个向我们内存走的，查一个走一个，那么这时候有一部分人在等待4k，等别人走完了，他才能查询到。  
**三丶**假设B+Tree不受影响，因为硬盘不光寻址慢，还有一个带宽！！！  
数据库，分库，分表，分治，分布式这里都不说了 因为讲的是redis  
还有一点磁盘是没有指针的，内存中是可以指针操作的

为了查询速度快，是不是想到了缓存？

# 一、Redis是什么？ #

咱们先看看数据库的排名！  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNzMxMzU4_size_16_color_FFFFFF_t_70]

示例：第一名是谁？  
Oracle，这是关系型数据库，第二名Mysql 几乎排行第一第二他两个，而我们看redis，他是key-value类型的，基于内存的，redis内置了复制，然后Lua脚本，LRU驱动事件，事务和不同级别的磁盘持久化，并通过redis哨兵自动分区提高可用性，他又集群groups，然后也有一种主从复制的东西。

# 二、Redis和Memcach对比 #

## 1.为什么说Redis比Memcach要好？ ##

memcache是KV键值对的，Redis也是KV键值对的，memcache的value是没有类型概念的，redis有了类型概念，这是两个区别，这是为什么？例如我要存储数据 他是key value的是不是？ value存json，他两个都可以存储，例如我我要是放个数组，如果我想取某个元素，memcache，我需要获取IO,读取，如果很大的数组那？我是不是一次性读取很多的数据，client连接读取，我是不是需要取出来for循环遍历找到他，如果我用redis，我不需要读取那么大的数据，只需要给出索引下标我就能拿到某个值，客户端也不需要写太多的代码，也不需要取走全量的数据！

## 2.安装 ##

安装步骤如下：先去官网

wget https://download.redis.io/releases/redis-版本号.tar.gz
    $ tar xzf redis-版本号.tar.gz
    $ cd redis-版本号
    $ make  
    src/redis-server

在执行make的时候他是要读取make file的，make file本身就是一个文本文件，一个编译脚本，这个文件的真身在src下，如果没有gcc的话 先安装gcc

yum install gcc

如果编译报错的话 先清理一下

make disclean

redis/src下面会有可执行文件但是自己感觉太low了？ 是不是想让他变成一个服务？

make install PREFIX=路径
    这是指定到哪里去，PREFIX会覆盖它的脚本文件里面的变量，告诉他安装到哪个目录，cd到你设置的目录  是不是发现bin目录里面有可执行的文件？

你是不是想让他变成一个服务？

server redis start 这种命令启动？

先去源码目录，去util目录下，会有一个redis server，安装server，那么执行install server就可以了，这个脚本原来就知道你的程序安装到哪个目录了，这个时候我们配置一下环境变量

vi /etc/profile
    
    export REDIS_HOME=路径
    在你的原来的环境变量下面加上 :$REDIS_HOME/bin

这样你就能直接使用Redis的服务了，在任何地方

redis是单线程的

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