redis学习之redis的概念使用场景、如何使用及原理

1.什么是Redis?

Redis是一个开源的、内存中的数据结构存储系统，它可以用作数据库、缓存和消息代理。

它通常被称为数据结构服务器，因为值（value）可以是 字符串(String), 哈希(Map), 列表(list), 集合(sets) 和 有序集合(sorted sets)等类型。可以满足很多应用场景。还提供了键过期，发布订阅，事务，流水线等附加功能。

2.Redis使用场景?

原子操作

Redis 提供了很多原子操作，例如附加到字符串；递增哈希中的值、将元素推入列表；计算集合交集、并集和差集、或获得排序集中排名最高的成员；

具有有限生存时间的密钥

如果你的密钥是从第三方获取到的，一般会有过期时间，我们可以用Redis缓存密钥，过期时间略短于密钥本身过期时间，减少对第三方的接口调用；

自动故障转移

Redis 官方为我们提供了一套高可用方案 Sentinel；

内存淘汰策略

我们可以设置一个内存上限，当达到这个上限Redis可以执行指定的内存淘汰策略，包括如下几种：

?noeviction 直接返回错误，不会驱逐任何键

?0alleys-lru 通过LRU算法驱逐最久没有使用的键

? volatile-lru 通过LRU算法从设置了过期时间的键集合中驱逐最久没有使用的键

?alleys-lfu 通过LFU算法从所有键中驱逐使用频率最少的键

?volatile-lfu 通过LFU算法从所有配置了过期时间的键中驱逐使用频率最少的键

?volatile-ttl 从配置了过期时间的键中驱逐马上就要过期的键

?allkeys-random 从所有key 随机删除

事务

Redis事务允许在一个步骤中执行一组命令。事务中的所有命令都作为一个单独的操作顺序执行，不可能在Redis 事务的执行过程中处理另一个客户端发出的请求；Redis事务也是原子的。原子意味着要么处理所有命令，要么不处理任何命令；

发布/订阅

发布/订阅 Redis和Kafka相比实时性更高，但是重启会丢消息，也有持久化方案但是不够优雅，更推荐使用Kafka；

Lua脚本

支持Lua脚本的执行。

3.如何使用

1. 缓存：几乎所有大型网站都使用缓存机制来提高数据的访问速度，降低后端数据源的压力。Redis的读写速度非常快，支持数据的持久化存储，因此可以将频繁读取的数据存储在Redis中，以减轻后端数据库的压力，提高应用的响应速度。同时，Redis提供了键值过期时间设置，以及灵活控制最大内存和内存溢出后的淘汰策略，使得缓存管理更加高效。
2. 排行榜系统：许多网站都有排行榜功能，如京东的月度销量榜单、商品按时间的上新排行榜等。Redis提供的列表和有序集合数据结构可以方便地构建各种复杂的排行榜应用。
3. 计数器：计数器在网站中起到关键作用，例如电商网站的商品浏览量、视频网站的视频播放量等。Redis天然支持计数功能，且计数的性能非常好，适用于高并发场景。
4. 分布式锁：在分布式系统中，多个节点可能同时操作同一资源，这时就需要使用分布式锁来保证数据的一致性。Redis的原子性操作可以用于实现分布式锁。
5. 社交网络：社交网络的基本功能如点赞、踩、关注/被关注、共同好友等，由于访问量通常很大，且传统关系数据库不适合存储这种类型的数据，Redis提供的哈希、集合等数据结构能很方便地实现这些功能。
6. 消息队列：Redis支持发布/订阅机制和阻塞队列功能，因此可以作为消息队列使用。生产者将消息发布到Redis中，消费者从Redis中订阅并消费消息。由于Redis的读写速度很快，因此可以处理高并发的消息队列。

4. 工作原理

客户端和服务端

我们从服务端和客户端两个层面来分析Redis的数据库结构，服务端是用来存储数据的，Redis 将所有的数据库都保存在redis.h/redisServer 结构中。而客户端主要是用来读取或写入数据的，会记录自己连接的数据库，这部分数据保存在redis.h/redisClient结构中。

客户端

Redis客户端用来向服务端发送命令请求，例如：

客户端的核心结构体如下：

事件处理模型

Redis 单线程模型

Redis服务器就是一个事件驱动程序，一直循环处理监听到的事件。Redis 需要处理的事件分为两类：

?文件事件 (file event)：负责接收客户端的命令请求，以及向客户端发送命令回复。

?时间事件（time event)：负责执行像serverCron函数这样需要定时运行的函数。

我们以Redis 6.0以前版本为例，整个模型可以描述为：

我们可以看到Redis在处理所有客户端请求时只有一个主线程，所以我们说Redis是一个单线程模型。不过，它的后台线程有3个：

?close_file 表示关闭相应文件描述符对应的文件(释放套接字、数据空间等)。

?aof_fsync 表示 AOF 刷盘

?lazy_free 表示惰性释放空间

Redis 处理文件事件

我们重点看一下主线程是如何处理客户端的文件事件的。Redis文件事件处理器底层使用Reactor模式进行事件处理：

当服务器有命令回复需要传送给客户端的时候，服务器会将客户端套接字的 AE_WRITABLE事件和命令回复处理器关联起来，当客户端准备好接收服务器传回的命令回复时，就会产生AE_WRITABLE事件，引发命令回复处理器执行。

一次完整的客户端与服务器连接事件示例如下图所示：