Redis专题（一).初识Redis及Redis基本知识总结

小灰灰 2021-01-12 00:45 597阅读 0赞

## redis闲谈 ##

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#### 模拟redis面试 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMyNTE5NDE1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
**面试官**： 看你简历上说你熟练使用redis，那么你讲一下redis是干嘛用的  
**小明**： （心中窃喜，redis不就是缓存）redis用作缓存，通过内存高效地存储非持久化数据。  
**面试官**： 那redis可以用作持久化的存储吗？  
**小明** ：嗯…，应该可以吧  
**面试官**： 那redis怎么进行持久化操作呢？  
小明：嗯…不是太清楚  
**面试官**： Redis 的内存淘汰机制有哪些？  
**小明**：嗯…没了解过  
**面试官**：我们还可以用redis做哪些事情，是利用了Redis的哪个指令  
**小明**：我只知道redis还可以做分布式锁，消息队列  
**面试官**：好了，我们进入下一个话题…

很明显，小明同学的面试在redis这里肯定是比较失败的，我们在想，Redis是我们工作中每天都会使用的东西，但是为什么一到面试却变成了我们的丢分项呢？  
作为一个开发者，我们习惯使用了大神们封装好的东西，专注于业务开发，并不知道这些趁手的工具的底层实现是什么，尽管你平时应用地得心应手，但是在面试的时候还是无法让面试官眼前一亮。  
这里我总结了一些Redis的知识点，有原理有应用，希望可以帮助到大家

## redis是什么呢 ##

> REmote DIctionary Server(Redis) 是一个由Salvatore Sanfilippo写的key-value存储系统。
> 
> Redis是一个开源的使用ANSI 、C语言编写、遵守BSD协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。

这里我引用了Redis教程里对redis的描述，很官方。但是很标准  
**可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库**  
这个描述我觉得很贴切很全面

### redis的行业地位 ###

Redis是互联网技术领域使用最为广泛的存储中间件。以超高的性能、完美的文档、多方面的应用能力以及丰富完善的客户端支持在存储方面独当一面，广受好评，其性能和读取速度成为了领域中最受青睐的中间件。很多大型的互联网公司都在使用Redis，京东、阿里、腾讯、github等等，基本上每一个软件公司都会去使用redis。因此，redis亦成为了后端开发人员必不可少的技能。

### 知识图谱 ###

在我看来，学习每一项技术，都需要有一个清晰的脉络和结构，不然你自己也不知道自己会了哪些，还有多少没学会。就像一本书，如果没有目录章节，也就失去了灵魂  
我大概总结了一下Redis的知识图谱，也称为脑图  
可能知识点不是很全，后续我会不断更新补充  
![知识图谱][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMyNTE5NDE1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
我给大家总结的知识点也会和这个脑图基本一致，本节我们先过一下Redis的基本知识，之后我们会讲一下Redis的数据结构、应用、持久化等多个方面。

## Redis优点 ##

###### 速度快： ######

作为缓存，redis最广为人知的特点就是快，有多快呢？Redis单机qps（每秒的并发）可以达到110000次/s，写的速度是81000次/s。  
那么，Redis为什么这么快呢？

*  绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速
 *  使用了很多查找操作都特别快的数据结构进行数据存储，Redis中的数据结构是专门进行设计的。如HashMap、查找、插入的时间复杂度都是O(1)；
 *  采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗；
 *  用到了非阻塞I/O多路复用机制

###### 丰富的数据类型 ######

Redis有5种常用的数据类型，String，List，Hash，set，zset，每种数据类型都有自己的用处。

###### 原子性，支持事务 ######

Redis支持事务并且Redis的所有操作都是原子性的，同时Redis还支持对几个操作合并后的原子性执行。

###### 丰富的特性 ######

Redis可以用作分布式锁，可以持久化数据，可以用作消息队列，排行榜、计数器。还支持 publish/subscribe, 通知, key 过期等等特性。当我们要用中间件来解决实际问题的时候，redis总能发挥出自己的用处。

## Redis和Memcache对比 ##

Memcache和Redis都是优秀的、高性能的内存数据库，一般我们说到Redis的时候，都拿Memcache拿来和Redis做个对比。（为什么要做对比呢？当然是要衬托出Redis有多好，没有对比，就没有伤害）

1)、存储方式

Memcache把数据全部存在内存之中，断电后会挂掉，数据不能超过内存大小。

Redis有一部分存在硬盘上，可以做到数据的持久性，而Memcache无法做到数据的持久化。

2)、数据支持类型

Memcache对数据类型支持相对简单，只支持String类型的数据结构。

而Redis有丰富的数据类型，String、List、Hash、Set、Zset。

3)、使用底层模型不同

它们之间底层实现方式 以及与客户端之间通信的应用协议不一样。

Redis直接自己构建了VM 机制 ，因为一般的系统调用系统函数的话，会浪费一定的时间去移动和请求。

4）存储值大小的不太

redis最大可以存储1GB，而memcache只有1MB

看到这里，会不会觉得Redis特别好，特别好，全是优点，完美无缺，其实Redis还是有很多缺点的，这些缺点平常我们该如何克服呢

## Redis存在的问题及解决方案 ##

#### 1. 缓存数据库的双写一致性的问题 ####

**问题**：一致性的问题是分布式系统中很常见的问题，一致性一般分为两种，强一致性和最终一致性，当我们要满足强一致性的时候，redis也无法做到完美无瑕，因为数据库和缓存双写，肯定会出现不一致的情况，redis只能保证最终一致性  
**解决**：我们如何保证最终一致性呢，第一种方式是给缓存设置一定的过期时间，在缓存过期之后会自动查询数据库，保证数据库和缓存的一致性。当我们不设置过期时间的话，我们首先要选取正确的更新策略：先更新数据库再删除缓存。  
但是我们删除缓存的时候也可能出现某些问题，我们需要将要删除的缓存的key放到消息队列中去，不断重试，直到删除成功为止。

#### 2. 缓存雪崩问题 ####

**问题：** 雪崩我们应该在电影里看过，开始很平静，然后一瞬间，就开始崩塌，然后人就没了。这里也是同样的，我们执行代码的时候将很多缓存的实效时间设定的一样，接着这些缓存在同一时间都会实效，然后都会重新访问数据库更新数据，这样会导致数据库连接数过多，压力过大  
**解决：**

1.  设置缓存过期时间的时候加一个随机值
2.  设置双缓存，缓存1设置缓存时间，缓存2不设置，然后1过期后直接返回缓存2。并且启动一个进程去更新缓存1和2

#### 3. 缓存穿透问题 ####

**问题：** 缓存穿透是指一些非正常用户(黑客)故意去请求缓存中不存在的数据，导致所有的请求都怼到数据库上，从而数据库连接异常。  
**解决:**

1.  利用互斥锁，缓存失效的时候，不能直接访问数据库要先获取到锁，才能去请求数据库。没得到锁，则休眠一段时间重试
2.  采用异步更新策略，无论key是否取到值，都直接返回。value值中维护一个缓存失效时间，缓存如果过期，异步起一个线程去读数据库，更新缓存。需要做缓存预热(项目启动前，先加载缓存)操作。
3.  提供一个能迅速判断请求是否有效的拦截机制，比如，利用布隆过滤器，内部维护一系列合法有效的key。迅速判断出，请求所携带的Key是否合法有效。如果不合法，则直接返回。

#### 4. 缓存的并发竞争问题 ####

**问题：**  
缓存并发竞争的问题，主要发生在多线程对某个key进行set的时候会出现数据不一致的情况。  
比如Redis中我们存着一个key为amount的值，他的value是100。然后两个线程同时都对value加100然后更新。正确的结果应该是变为300。  
但是两个线程拿到这个值的时候都是100，最后结果也就是200，这就导致了缓存的并发竞争问题  
**解决**

1.  如果我们的多线程操作没有顺序要求的话，我们可以设置一个分布式锁。然后多个线程去争夺锁，谁先抢到锁谁就可以先执行。这个分布式锁可以用zookeeper或者redis本身去实现
2.  可以利用redis的incr命令
3.  当我们的多线程操作需要顺序的话，我们可以设置一个消息队列，然后把需要的操作加到消息队列中去，然后严格按照队列的先后执行命令。

## Redis的过期策略 ##

Redis随着数据的增多，内存占用率会持续变高，然后我们想着一些键到达设置的删除时间就会被删除，但是时间到了，内存的占用率还是很高，这是为什么呢？  
redis采用的是**定期删除**和**惰性删除**的内存淘汰机制。  
**定期删除：** 定期删除和定时删除是有区别的，定时是我们必须严格按照设定的时间去删除这个缓存，这就需要我们设置一个定时器去不断的轮询所有的key，判断是否需要进行删除。但是这样的话cpu的资源会被大幅度地占据，资源的利用率变低。所以我们选择采用定期删除，定期删除的话，时间是我们定，我们可以每隔100ms进行检查，但是我们还是不能检查所有的缓存，那么redis还是会卡死，那只能随机地去检查一部分缓存，但是这样会有一些缓存无法在规定时间内删除。那么惰性删除就派上用场了。  
**惰性删除：**  
惰性删除，举个简单的例子，我们中学的时候，平时作业太多，根本做不完，然后老师说，下节课我要讲这个卷子，你们都做完了吧？大家纷纷说道：完了，但是有好多人没做，然后在下节课之前赶紧补上。  
惰性删除也是这个道理，我们的这个值，嘿嘿，按理说应该没了，但是他还在，然后你要获取这个key的时候，我去看一下，诶，这个key应该过期了，然后赶紧删了，然后返回一个’没有这个值，已经过期了!’。  
现在我们有了定期删除 + 惰性删除的过期策略，我们就可以高枕无忧了吗？并不是这样的，如果老师不问我们要作业，我们永远不做也是不行的。同理，如果这个key一直不访问，那么他会一直滞留，也是不合理的，这就需要我们的内存淘汰机制了。

## Redis的内存淘汰机制 ##

redis的内存淘汰机制一般有6种：  
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那么我们如何去配置redis的内存淘汰机制呢？  
在redis.conf中我们可以进行配置

# maxmemory-policy allkeys-lru

## 小结 ##

本节我们初探redis，首先发现了自己对Redis的无知程度，发现了Redis居然有这么多的知识点需要去学习，大概整理了一下redis的知识图谱。接着我们分析了一下Redis的优缺点，知道了其基于内存的高效地读写速度和丰富的数据类型，也分析了Redis面对数据一致性、缓存穿透、缓存雪崩等问题时该如何处理。最后我们了解了Redis的过期策略和缓存淘汰机制。相信大家已经对Redis有了一些了解  
下节我们分析一下Redis的数据结构，每一种数据类型是如何实现的，对应的命令有哪些。  
希望大家多多支持，有什么不正确的地方欢迎大家指出

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