Redis总结

一、Redis是什么？

        key-value形式的非关系型数据库，基于内存（64位系统默认是物理内存的四分之三），单线程多路io复用，通常当缓存使用，提高查询效率。

二、为什么使用Redis？

2.1 快（内单异高算）

内存存储，单线程模型，异步操作，高效的网络通信，优化的算法和数据结构

2.2 作用

 2.2.1 五大数据类型

Redis存储，key-value形式，value的五种数据类型

String，List，Set，Hash，Zset

• String：Redis最基本的类型，二进制安全，可包含任何数据，字符串value最多512M。
• List：单键多值，value是List，底层双向链表，两端插入。快速链表（ziplist（连续空间）+链表）
• Set：自动排重，提供可判断一个元素是否在一个Set集合内，String类型的无序集合，底层value为null的hash表，添加，删除，查找O(1)
• hash：键值对集合String类型field和value的映射表。适合存储对象。
• Zset：有序不重复集合

2.2.2 用处

• String：分布式锁
• List：消息队列
• Set：自动排重
• hash：存储对象。
• Zset：排行榜，计数器
• 做缓存：key-value时间复杂度O(1)，基于内存块

• 地理位置 - GEO

三、项目中的使用

3.1.1 使用场景操作命令

• String：存储单只数据{Json字符串}。存储订单流水号，校验防止重复提交订单。
               动态字符串存储上限512M，超过512M要分片存储或使用Hash存储类型。
               set key value
               set key value nx timeout ex
               get key
               incr/decr key
• List：存储队列，消息队列，实现简单的秒杀功能或发送消息，双向列表或压缩列表
           lpush/rpush key value
           lpop/rpop key
• Set：自动排重，存储两个集合交集，并集。
           sadd key member
           smembers key
           sinter key1 key2 --交集
           sdiff key1 key2 --差集

• hash：适合存储对象（便于修改维护）。 根据一级分类ID，播放量，点赞量... 排行榜：根据一级分类Id，播放量，点赞量... hset key field value key=1Id field =playNum value=List 购物车：hset key field value key=userId field=skuId value=CartInfo 哈希表，包含键值对的散列表 hset key field value hget key field hvals key == 获取购物车列表 hdel key field

• Zset：有序不重复集合 热度排名{电商 销量-价格} 跳跃表和哈希表的组合， 跳跃表用来存储元素和分数， 哈希表用来存储成员和分数的映射关系 Zadd key score member Zrange key start stop Zincrby key increment

3.1.2 专辑详情

3.1.3 redis 两种完善的持久化备份机制

• AOF：

1. 手动开启：以日志的形式记录服务器所处理的每一个写、删除操作，查询操作不会记录，以文本的方式记录，可以打开文件看到详细的操作记录
2. 三种开启策略：appendfsync always（每次写操作都同步）
                            appendfsync everysec（每秒同步一次）
                            appendfsync no（由操作系统决定同步时机）

3. 优点。
   1. 数据安全，Redis中提供了3种同步策略，即每秒同步、每修改同步、不同步
   2. 通过 append 模式写文件，即使中途服务器宕机也不会破坏已经存在的内容，可以通过 redis- check-aof 工具解决数据一致性问题
   3. AOF 机制的 rewrite 模式。定期对AOF文件进行重写，以达到压缩的目的

4. 缺点
   1. AOF 文件比 RDB 文件大，且恢复速度慢
   2. 数据集大的时候，比 rdb 启动效率低
   3. 运行效率没有RDB高

• RDB：

1. 默认 在指定的时间间隔内将内存中的数据集快照写入磁盘，实际操作过程是fork一个子进程，先将数据集写入临时文件，写入成功后，再替换之前的文件，用二进制压缩存储。 
2. 开启策略：配置快照触发条件 save 90 10 90秒内10次
3. 优点：
   1. 整个Redis数据库将只包含一个文件 dump.rdb，方便持久化
   2.容灾性好，方便备份
   3.性能最大化，fork 子进程来完成写操作，让主进程继续处理命令
   4.相对于数据集大时，比 AOF 的启动效率更高

4. 缺点：
   1.数据安全性低。RDB 是间隔一段时间进行持久化，如果持久化之前 redis 发生故障，会发生数据丢失。
   2.由于RDB是通过fork子进程来协助完成数据持久化工作的，因此，如果当数据集较大时，可能会导致整个服务器停止服务几百毫秒，甚至是1秒钟

    具体区别：

3.1.4 订阅与发布--类似于公众号

四、大key问题

定义：大Key问题是指在Redis数据库中存储了过大的数据结构，如大型列表、哈希、集合等

问题：

1. 大Key占用了大量的内存空间，导致其他数据无法被缓存，从而影响Redis的性能和响应速度。

2. 大Key的加载和传输需要较长时间，会导致读取和写入操作的延迟

3. 在进行数据持久化（如RDB快照、AOF日志）时，大Key会增加持久化的时间和磁盘空间占用。

解决方案：

数据分片： 将大数据拆分成多个小数据，分别存储在不同的Key中。例如，将一个大型哈希表分成多个小型哈希表。

使用分布式存储： 将大数据存储在分布式数据库中，如Redis Cluster或其他分布式存储系统 

合理选择数据结构： 根据实际需求，选择合适的数据结构，避免在单个Key中存储过大的数据 

数据压缩： 对于可以压缩的数据，使用Redis提供的数据压缩功能，减小存储占用 

使用大Key分析工具：Redis提供了一些工具可以用于识别和处理大Key问题，例如Redis内存分析工具和命令。 

定期清理： 周期性地检查数据库，发现并处理大Key，例如将大Key转移至其他存储系统 

合理设置过期时间：对于不再需要的数据，设置适当的过期时间，让Redis可以自动淘汰这些数据 

五、热点key

定义：热Key问题是指在Redis或数据库中，某个或某些特定的键被频繁访问，导致对这些键的操作成为系统的性能瓶颈

问题：热Key问题可能会导致Redis负载过高，响应时间延长，甚至造成系统崩溃

解决方案：

1. 增加缓存容量：扩大Redis内存容量可以提高缓存命中率，减少对热Key的访问次数，从而缓解热Key问题。可以考虑升级Redis服务器或增加Redis集群节点来增加内存容量。

2. 分片：将热Key均匀地分散到多个Redis实例中，每个实例处理一部分热Key的请求。这样可以降低单个Redis实例的负载压力，提系统整体的吞吐量

3. 缓存预热：在系统启动或流量低峰期，提前加载热Key的数据到缓存中，使得这些热Key的数据在实际访问时已经存在于缓存中，减少对后端存储的访问

4. 数据分片：对于热Key所对的数据量较大的情况，可以考虑将数据进行分片存储，将不同片段的数据存放在不同的键上，从而减轻单个键的访问压力

5. 使用Redis集群：通过搭建Redis集群，将热Key分散到多个节点上，实现负载均衡和高可用性，提高系统的整体性能和稳定性

6. 缓存降级：对于某些热Key，可以考虑将其缓存时间设置较短，或者不缓存，直接访问后端存储。这样可以避免热Key对缓存系统的过度压力，同时确保其他非热Key正常缓存

集群--预热--数据分片--缓存降级

六、淘汰策略

6.1 noeviction：不淘汰

不淘汰任何数据，如果内存已经满了，不支持客户端写入新的数据，会直接发出拒绝，返回错误

6.2 过期时间的数据中进行淘汰 （redis 4.0之前）

volatile-random：在设置了过期时间的键值对中，进行随机删除

volatile-ttl：根据过期时间的先后进行删除，越早过期的越先被删除。

volatile-lru：会使用 LRU 算法筛选设置了过期时间的键值对。场景：置顶新闻、置顶视频。

volatile-lfu：会使用 LFU 算法选择设置了过期时间的键值对。

allkeys-random：从所有键值对中随机选择并删除数据。场景：如果业务应用中的数据访问频率相差不大，没有明显的冷热数据区分

allkeys-lru：使用 LRU 算法在所有数据中进行筛选，推荐：最近最常访问的数据留在缓存中，提升应用的访问性能，场景：业务数据中有明显的冷热数据区分

allkeys-lfu：使用 LFU 算法在所有数据中进行筛选

LRU/LFU 算法：

• LRU (Least recently used) 最近最少使用，如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高。
• LFU (Least frequently used) 最不经常使用，如果一个数据在最近一段时间内使用次数很少，那么在将来一段时间内被使用的可能性也很小。

七、集群

7.1 哨兵 AP

• 动态监控主动上位

1. sentinel 以每秒一次发送 ping 命令信息

2. 如果在一定时间范围内，没有回复，则标记为主观下线

3. sentinel 监听master 确认是否主观下线

4. 多个sentinel 确认master 主观下线，则标记为客观下线

5. 是否有足够的sentinel同意master 下线

ping--->主--->客

哨兵 ID
sentinel myid 1

# 监听地址
bind 127.0.0.1

# 监听端口
port 26379

# 日志文件路径
logfile "/var/log/redis/sentinel.log"

7.2 主从复制 AP

slaveof ip port

原理： 开启异步线程；第一次执行全量IO; 后续增量IO

7.3 过半机制 CP

去中心化:redis-cluster

原理：根据计算出slot的位置存储数据 slot:16384 set name admin ---> 数据存储过程 使用crc16 算法 根据key(name)与16384 进行取模运算，得到一个数值，这个数值就是slot的位置。

使用slot位置来存储数据的好处：

数据分片：实现水平分片，便于集群的扩展和提高吞吐量

高可用：有多个副本，当节点宕机副本依然可以使用

动态扩缩容：会随着节点数变化而变化

简化数据迁移：只需要迁移slot

分-->高-->扩-->移