redis学习系列(前传)--redis简介

迈不过友情╰ 2022-06-01 07:42 324阅读 0赞

Redis简介

Redis 是一个开源（BSD许可）的，内存中的数据结构存储系统，它可以用作数据库、缓存和消息中间件。 它支持多种类型的数据结构，如 字符串（strings）， 散列（hashes）， 列表（lists）， 集合（sets）， 有序集合（sorted sets） 与范围查询， bitmaps， hyperloglogs 和 地理空间（geospatial） 索引半径查询。 Redis 内置了 复制（replication），LUA脚本（Lua scripting）， LRU驱动事件（LRU eviction），事务（transactions） 和不同级别的 磁盘持久化（persistence）， 并通过 Redis哨兵（Sentinel）和自动 分区（Cluster）提供高可用性（high availability）。

redis是一个key-value存储系统。和Memcached类似，它支持存储的value类型相对更多，包括string(字符串)、list([链表][Link 1])、set(集合)、zset(sorted set --有序集合)和hash（哈希类型）。这些数据类型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更丰富的操作，而且这些操作都是原子性的。在此基础上，redis支持各种不同方式的排序。与memcached一样，为了保证效率，数据都是缓存在内存中。区别的是redis会周期性的把更新的数据写入磁盘或者把修改操作写入追加的记录文件，并且在此基础上实现了master-slave(主从)同步。

Redis  是一个高性能的key-value数据库。 redis的出现，很大程度补偿了[memcached][]这类key/value存储的不足，在部 分场合可以对关系数据库起到很好的补充作用。它提供了Java，C/C++，C\#，PHP，JavaScript，Perl，Object-C，Python，Ruby，Erlang等客户端，使用很方便。

Redis支持主从同步。数据可以从主服务器向任意数量的从服务器上同步，从服务器可以是关联其他从服务器的主服务器。这使得Redis可执行单层树复制。存盘可以有意无意的对数据进行写操作。由于完全实现了发布/订阅机制，使得从数据库在任何地方同步树时，可订阅一个频道并接收主服务器完整的消息发布记录。同步对读取操作的可扩展性和数据冗余很有帮助。

## **1.1　Redis简介** ##

前面对于Redis数据库的描述只说出了一部分真相。Redis是一个速度非常快的非关系数据库（non-relational database），它可以存储键（key）与5种不同类型的值（value）之间的映射（mapping），可以将存储在内存的键值对数据持久化到硬盘，可以使用复制特性来扩展读性能，还可以使用客户端分片1来扩展写性能，接下来的几节将分别介绍Redis的这几个特性。

### **1.1.1　Redis与其他数据库和软件的对比** ###

如果你熟悉关系数据库，那么你肯定写过用来关联两个表的数据的SQL查询。而Redis则属于人们常说的NoSQL数据库或者非关系数据库：Redis不使用表，它的数据库也不会预定义或者强制去要求用户对Redis存储的不同数据进行关联。

高性能键值缓存服务器memcached也经常被拿来与Redis进行比较：

1、Redis和Memcache都是将数据存放在内存中，都是内存数据库。不过memcache还可用于缓存其他东西，例如图片、视频等等；

2、Redis不仅仅支持简单的k/v类型的数据，同时还提供list，set，hash等数据结构的存储；

3、虚拟内存\--Redis当物理内存用完时，可以将一些很久没用到的value 交换到磁盘；

4、过期策略--memcache在set时就指定，例如set key1 0 0 8,即永不过期。Redis可以通过例如expire 设定，例如expire name 10；

5、分布式--设定memcache集群，利用magent做一主多从;redis可以做一主多从。都可以一主一从；

6、存储数据安全--memcache挂掉后，数据没了；redis可以定期保存到磁盘（持久化）；

7、灾难恢复--memcache挂掉后，数据不可恢复; redis数据丢失后可以通过aof恢复；

8、Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份；

一般来说，许多用户只会在Redis的性能或者功能是必要的情况下，才会将数据存储到Redis里面：如果程序对性能的要求不高，又或者因为费用原因而没办法将大量数据存储到内存里面，那么用户可能会选择使用关系数据库，或者其他非关系数据库。在实际中，应该根据自己的需求来决定是否使用Redis，并考虑是将Redis用作主存储还是辅助存储，以及如何通过复制、持久化和事务等手段保证数据的完整性。

表1-1展示了一部分在功能上与Redis有重叠的数据库服务器和缓存服务器，从这个表可以看出Redis与这些数据库及软件之间的区别。

**表1-1　一些数据库和缓存服务器的特性与功能**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="background:rgb(241,241,241)"> 名称 </td> 
 <td style="background:rgb(241,241,241)"> 类型 </td> 
 <td style="background:rgb(241,241,241)"> 数据存储选项 </td> 
 <td style="background:rgb(241,241,241)"> 查询类型 </td> 
 <td style="background:rgb(241,241,241)"> 附加功能 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> Redis </td> 
 <td> 使用内存存储（in-memory）的非关系数据库 </td> 
 <td> 字符串、列表、集合、散列表、有序集合 </td> 
 <td> 每种数据类型都有自己的专属命令，另外还有批量操作（bulk operation）和不完全（partial）的事务支持 </td> 
 <td> 发布与订阅，主从复制（master/slave replication），持久化，脚本（存储过程，stored procedure） </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> memcached </td> 
 <td> 使用内存存储的键值缓存 </td> 
 <td> 键值之间的映射 </td> 
 <td> 创建命令、读取命令、更新命令、删除命令以及其他几个命令 </td> 
 <td> 为提升性能而设的多线程服务器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> MySQL </td> 
 <td> 关系数据库 </td> 
 <td> 每个数据库可以包含多个表，每个表可以包含多个行；可以处理多个表的视图（view）；支持空间（spatial）和第三方扩展 </td> 
 <td> SELECT、&nbsp;INSERT、&nbsp;UPDATE、&nbsp;DELETE、函数、存储过程 </td> 
 <td> 支持ACID性质（需要使用InnoDB），主从复制和主主复制 （master/master replication） </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> PostgreSQL </td> 
 <td> 关系数据库 </td> 
 <td> 每个数据库可以包含多个表，每个表可以包含多个行；可以处理多个表的视图；支持空间和第三方扩展；支持可定制类型 </td> 
 <td> SELECT、&nbsp;INSERT、&nbsp;UPDATE、&nbsp;DELETE、内置函数、自定义的存储过程 </td> 
 <td> 支持ACID性质，主从复制，由第三方支持的多主复制（multi-master replication） </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> MongoDB </td> 
 <td> 使用硬盘存储（on-disk）的非关系文档存储 </td> 
 <td> 每个数据库可以包含多个表，每个表可以包含多个无schema（schema-less）的BSON文档 </td> 
 <td> 创建命令、读取命令、更新命令、删除命令、条件查询命令等 </td> 
 <td> 支持map-reduce操作，主从复制，分片，空间索引（spatial index） </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### **1.1.2　附加特性** ###

在使用类似Redis这样的内存数据库时，一个首先要考虑的问题就是“当服务器被关闭时，服务器存储的数据将何去何从呢？”Redis拥有两种不同形式的持久化方法，它们都可以用小而紧凑的格式将存储在内存中的数据写入硬盘：第一种持久化方法为时间点转储（point-in-time dump），转储操作既可以在“指定时间段内有指定数量的写操作执行”这一条件被满足时执行，又可以通过调用两条转储到硬盘（dump-to-disk）命令中的任何一条来执行；第二种持久化方法将所有修改了数据库的命令都写入一个只追加（append-only）文件里面，用户可以根据数据的重要程度，将只追加写入设置为从不同步（sync）、每秒同步一次或者每写入一个命令就同步一次。

另外，尽管Redis的性能很好，但受限于Redis的内存存储设计，有时候只使用一台Redis服务器可能没有办法处理所有请求。因此，为了扩展Redis的读性能，并为Redis提供故障转移（failover）支持，Redis实现了主从复制特性：执行复制的从服务器会连接上主服务器，接收主服务器发送的整个数据库的初始副本（copy）；之后主服务器执行的写命令，都会被发送给所有连接着的从服务器去执行，从而实时地更新从服务器的数据集。因为从服务器包含的数据会不断地进行更新，所以客户端可以向任意一个从服务器发送读请求，以此来避免对主服务器进行集中式的访问。

## **1.2　Redis数据结构简介** ##

正如之前的表1-1所示，Redis可以存储键与5种不同数据结构类型之间的映射，这5种数据结构类型分别为STRING（字符串）、LIST（列表）、SET（集合）、HASH（散列）和ZSET（有序集合）。有一部分Redis命令对于这5种结构都是通用的，如DEL、TYPE、RENAME等；但也有一部分Redis命令只能对特定的一种或者两种结构使用，第3章将对Redis提供的命令进行更深入的介绍。

大部分程序员应该都不会对Redis的STRING、LIST、HASH这3种结构感到陌生，因为它们和很多编程语言内建的字符串、列表和散列等结构在实现和语义（semantics）方面都非常相似。有些编程语言还有集合数据结构，在实现和语义上类似于Redis的SET。ZSET在某种程度上是一种Redis特有的结构，但是当你熟悉了它之后，就会发现它也是一种非常有用的结构。表1-2对比了Redis提供的5种结构，说明了这些结构存储的值，并简单介绍了它们的语义。

**表1-2　Redis提供的5种结构**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="background:rgb(241,241,241)"> 结构类型 </td> 
 <td style="background:rgb(241,241,241)"> 结构存储的值 </td> 
 <td style="background:rgb(241,241,241)"> 结构的读写能力 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> STRING </td> 
 <td> 可以是字符串、整数或者浮点数 </td> 
 <td> 对整个字符串或者字符串的其中一部分执行操作；对整数和浮点数执行自增（increment）或者自减（decrement）操作 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> LIST </td> 
 <td> 一个链表，链表上的每个节点都包含了一个字符串 </td> 
 <td> 从链表的两端推入或者弹出元素；根据偏移量对链表进行修剪（trim）；读取单个或者多个元素；根据值查找或者移除元素 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> SET </td> 
 <td> 包含字符串的无序收集器（unordered collection），并且被包含的每个字符串都是独一无二、各不相同的 </td> 
 <td> 添加、获取、移除单个元素；检查一个元素是否存在于集合中；计算交集、并集、差集；从集合里面随机获取元素 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> HASH </td> 
 <td> 包含键值对的无序散列表 </td> 
 <td> 添加、获取、移除单个键值对；获取所有键值对 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> ZSET（有序集合） </td> 
 <td> 字符串成员（member）与浮点数分值（score）之间的有序映射，元素的排列顺序由分值的大小决定 </td> 
 <td> 添加、获取、删除单个元素；根据分值范围（range）或者成员来获取元素 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E9%93%BE%E8%A1%A8
[memcached]: https://baike.baidu.com/item/memcached