Redis理解和使用

摘抄并用于自查笔记

1. Redis简介

　　我们日常Java Web开发，一般使用数据库进行存储，在数据量较大的情况下，单一使用数据库保存数据的系统会因为面向磁盘，磁盘读写速度比较慢而存在严重的性能弊端，一瞬间成千上万的请求到来，需要系统在极短时间内完成千万次的读写操作，这个时候数据库承受不了，易造成数据库瘫痪。为克服此类问题，Java Web项目通常引入Nosql技术，这是一种基于内存的数据库，并且提供一定的持久化功能。

　　Redis是一个key-value存储系统，可支持五种数据类型：字符串、哈希、链表、集合和有序集合。其性能十分优越，可支持每秒十几万次的读写操作，性能远超数据库，且支持集群，分布式，主从同步等配置，原则上可以无限扩展，让更多人数据存储在内存中，支持一定的事务能力，保证高并发下数据的安全和一致性。

2. Redis在Java Web中的应用

　　Redis在Java Web主要有两个应用场景：

　　1）存储缓存用的数据

　　2）需要高速读写的场合使用他快速读写

　　

　　缓存

　　根据业务需求，在Redis中存储一些常用和主要的数据，一般从以下几个方面考虑：

　　业务数据常用吗？如果是命中率低，没有必要写入缓存。

　　命中率如何？如果命中率低，就没有必要写入缓存。

　　读操作多还是写操作多？如果写操作多，频繁写入数据库，也没有必要使用缓存。

　　业务数据大小如何？如果要存储几百M字节的文件，会给缓存带来很大压力，这样也没必要。

　　高速读写的场合

　　在高并发的情况下，例如抢演唱会门票，仅用数据库会比较慢或数据库瘫痪，所以需要使用Redis来应对这样的高并发需求的场合。

　　i）当一个请求到达服务器时，只是把业务数据在Redis上进行读写，而没有对数据进行任何的操作，这样就能大大提高读写速度，从而满足高速响应的需求

　　ii）但是这些缓存的数据仍需要持久化，也就是存入数据库之中，所以在一个请求操作完Redis的读写后，会去判断该高速读写的业务是否结束，这个判断如果是成功了，则触发事件将Redis缓存的数据以批量的形式一次性写入数据库，从而完成持久化的工作。

3. Redis常用数据类型操作和其他操作

　　1）String

　　String是redis最基本的数据类型。String类型是二进制安全的，意思是，redis的String可以包含任何数据，比如，jpg或者序列化的对象，其最大能存储512MB

　　2）Hash（哈希）

　　Redis Hash是一个键值对集合。hash特别适合用于存储对象。

　　HMSET runoob field1 "Hello" field2 "World"

　　HGET runoob field1

　　HGET runoob field2

　　3） List（列表）

　　Redis列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。可以添加一个元素到列表的头部或者尾部。

　　4）Set（集合）

　　Redis的Set是String类型的无需集合，集合是通过哈希表实现的，所以添加、删除、查找的复杂度都是o(1)

　　5）zset（sorted set：有序集合）

　　zset和set一样是String类型元素的集合，且不允许出现重复的成员。不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序，zset的成员是唯一的，但分数却是可以重复的。

　　6）Redis HyperLogLog

　　Redis HyperLogLog是用来做基数统计的算法，HyperLogLog的优点是在输入元素的数量或者体积非常非常大时，计算基数所需的空间总是固定的，且是很小。

　　7）Redis 发布订阅

　　Redis发布订阅是一种消息通信模式。

　　8）Redis事务

　　MULTI, EXEC, DISCARD和WATCH命令是Redis事务操作的基础。他们可以让Redis在一个步骤里面执行一组命令，且能做到如下2个保证：

　　i）事务中所有的命令都是序列化且都是按顺序执行的，在一个客户端执行Redis事务的过程中，不会接收其他任何客户端对他发出的请求。这保证了这些命令是作为一个单独的独立操作执行的。

　　ii）所有的命令要么都被一起处理，要么全部都没有被处理，所以Redis事务是原子的。EXEC会命令触发事务中所有命令的执行。

　　使用MULTI命令进入事务模式，这个命令只会返回OK，这个时候，用户发出多个要执行的命令，Redis暂时不会执行这些命令，二十把他们放进队列，当EXEC被调用时，所有的命令才会被一次性执行。

　　在其中可能会有2种错误：

　　i）命令可能排队失败。如，命令的语法可能错误，或者重要的环境问题，内存不足。

　　ii）EXEC调用后，一些命令可能执行失败，如，在一个字符串上进行列表命令的操作。

　　第一种错误，发生在EXEC命令前，可以通过检查命令的返回值，QUEUED，redis对于在排队期间发生的错误，会拒绝执行EXEC，并放弃这个事务。

　　执行EXEC后，所有的命令都会被执行，甚至是错误的命令。就算其中有失败的命令，队列中的其他命令也会被执行。

　　为什么Redis不支持回滚

　　EXEC命令调用后的错误（这个问题在命令队列时无法检测到），Redis命令执行失败，都是程序性错误，这类错误在开发过程中就能够发现并解决，几乎不会出现在生产环境。

　　由于不需要回滚，这使得redis内部更加简单，而且运行速度更快

　　乐观锁（check-and-set）

　　WATCH命令为事务提供一个check-and-set（CAS）行为。

　　WATCH命令可以用来监听事务中的队列的命令，在EXEC之前，一旦发现有参数是被修改了的，那么整个事务就会终止，EXEC返回一个NULL，提示用户事务失败了。这种形式的锁称为乐观锁，是一种非常强大的锁。

　　WATCH命令使得EXEC命令的执行必须满足一个条件：如果被WATCH的keys没有一个被更改，则执行事务；不然就不执行这个事务。

　　WATCH可以被多次调用，所有的WATCH调用都会在EXEC调用之前起作用，WATCH可以接收任意多的key。

　　当EXEC被调用后，所有的keys都将UNWATCH，不管这个事务会不会终止。同样，当一个客户端链接关闭后，一切都将UNWATCH。

　　可以用UNWATCH命令来刷新所有被WATCH的keys。

　　这个常用于高并发的情况，例如，抢红包或者商品。

　　9）Redis持久化

　　Redis支持RDB和AOF两种持久化机制。持久化能有效避免因进程退出造成的数据丢失问题，下一次重启时，利用之前持久化的文件，即可实现数据恢复。

　　1. RDB：这种是把当前进程数据生成快照保存到硬盘的过程，触发RDB持久化过程分为手动触发和自动触发。

　　手动触发：save和bgsave。save命令阻塞当前Redis服务（主进程），bgsave命令Redis进程执行fork操作创建子进程，RDB持久化过程由子进程负责，完成后自动结束，阻塞只发生在fork阶段，时间短。（fork解释 : 一个进程，包括代码、数据和分配给进程的资源。fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。 一个进程调用fork()函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。）

　　自动触发：有以下几种场景会触发

　　a）使用save相关配置，如 save m n ， 表示m秒内数据集存在n次修改时，自动触发bgsave

　　b）如果从节点执行全量复制操作，主节点自动执行bgsave生成RDB文件并发送给从节点。

　　c）执行debug reload命令重新加载Redis时，也会自动触发save操作。

　　d）默认情况下执行shutdown命令时，如果没有开启AOF持久化功能则自动执行bgsave

　　

　　保存：RDB文件保存在dir配置指定的目录下，文件名通过dbfilename配置指定。

　　优点：非常适用备份，全量赋值等场景，恢复数据远快于AOF方法。

　　缺点：没有办法做到实时持久化/秒级持久化。其文件格式存在多版本格式不兼容情况。

　　2. AOF

　　开启AOF功能需要设置配置：appendonly yes。默认不开启。文件名通过appendfilename配置，默认appendonly.aof。

　　a）所有写入命令会追加到aof_buf（缓冲区）中。

　　b）AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作

　　c）随着AOF文件越来越大，需要定去对AOF文件进行重写，达到压缩目的

　　d）当Redis服务器重启时，可以加载AOF文件进行数据恢复

　　10）管道技术

　　Redis是一种基于客户端-服务端模型以及请求/响应协议的TCP服务。这意味着通常情况下一个请求会遵循以下步骤：

　　客户端向服务端发送一个查询请求，并监听Socket返回，通常是以阻塞模式，等待服务器端响应，服务端处理命令，并将结果返回客户单。

　　但是Redis管道技术可以在服务端未响应时，客户端可以继续向服务端发送请求，并最终一次读取所有服务端的响应。

　　管道技术最显著的优势是提高了redis服务的性能。开启管道操作后，往返延时被改善的相当低。