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Redis 介绍

Redis，REmote DIctionary Server，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。

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。

2 安装

下载地址： https://github.com/antirez/redis/releases

2.1 Windows

安装完成后在安装目录下执行：

redis-server.exe redis.windows.conf

2.2 Linux

下载，解压缩并编译Redis最新稳定版本：

shell

wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.3.tar.gz
tar xzf redis-5.0.3.tar.gz
cd redis-5.0.3
make

启动Redis服务：

shell

cd src
./redis-server ../redis.conf

3 配置

Redis 的配置文件，Windows 是安装目录的 redis.windows.conf 文件，Linux 是安装目录下的 redis.conf 文件。

在连接上 Redis 服务后，可以通过 config 命令查看或者编辑配置项。

3.1 查看

shell

redis 127.0.0.1:6379> config get ${name}

例：

shell

127.0.0.1:6379> config get port
1) "port"
2) "6379"

3.2 编辑

shell

redis 127.0.0.1:6379> config set ${name} ${value}

例：

shell

127.0.0.1:6379> config set loglevel "notice"
OK

注：部分配置不能通过 config 命令动态编辑，需要直接修改配置文件对应内容，例如端口 port。

3.3 部分参数说明

3.3.1 daemonize

是否以守护线程运行，默认为 no，使用 yes 启用守护线程；（后台启动）

3.3.2 port

Redis监听端口，默认为 6379；

注：作者曾解释过 6379 的来历。6379 在手机按键对应的英文是 MERZ，意大利歌女 Alessia Merz 的名字。参考链接：http://oldblog.antirez.com/post/redis-as-LRU-cache"

3.3.3 bind

指定客户端连接地址，默认为 127.0.0.1，也就是只能本地连接，屏蔽该参数启用远程连接；

3.3.4 timeout

客户端空闲多长时间（秒）关闭该连接，指定为 0 关闭该功能；

3.3.5 save

save <seconds> <changes>

指定在多长时间内，至少有多少次更新操作，就将数据同步到数据文件，可以多个条件配合使用；

Redis默认提供了三个条件：

save 900 1
save 300 10
save 60 10000

说明Redis在下列三种情况将会同步数据到文件中：

在 900 秒后至少 1 个 key 发生改变；
在 300 秒后至少 10 个key发生改变；
在 60 秒后至少 10000 个key发生改变；

3.3.6 dbfilename

本地数据库文件名，默认是dump.rdb；

3.3.7 dir

本地数据库文件存放路径，默认是./（当前目录）；

3.3.8 replicaof

replicaof <masterip> <masterport>

当在主从复制中，自己作为 slave，设置 master 的 ip 和端口，在该 slave 启动时，会自动从 master 进行数据同步；

3.3.9 masterauth

当 master 设置了密码后，slave 连接 master 的密码；

3.3.10 requirepass

设置 Redis 连接密码，默认关闭；

3.3.11 appendonly

开启 Redis 数据持久化到日志中（AOF），默认为 no 未开启；

由于默认的数据持久化方案（RDB)，存储到 dump.rdb 文件中，在断电或服务突然挂掉的情况下会丢失数据，开启日志持久化可以弥补该不足；

3.3.12 appendfilename

日志文件名，默认为 appendonly.aof；

3.3.13 appendfsync

日志更新频率，有3个可选值；

no，让操作系统自己决定，速度最快；
always，每次操作都会写更新日志，速度较慢但最安全；
everysec，每秒更新一次日志，折中方案；（默认）

3.4 淘汰策略

bash

# maxmemory <bytes>

# MAXMEMORY POLICY: how Redis will select what to remove when maxmemory
# is reached. You can select among five behaviors:
#
# volatile-lru -> Evict using approximated LRU among the keys with an expire set.
# allkeys-lru -> Evict any key using approximated LRU.
# volatile-lfu -> Evict using approximated LFU among the keys with an expire set.
# allkeys-lfu -> Evict any key using approximated LFU.
# volatile-random -> Remove a random key among the ones with an expire set.
# allkeys-random -> Remove a random key, any key.
# volatile-ttl -> Remove the key with the nearest expire time (minor TTL)
# noeviction -> Don't evict anything, just return an error on write operations.
#
# LRU means Least Recently Used
# LFU means Least Frequently Used
#
# Both LRU, LFU and volatile-ttl are implemented using approximated
# randomized algorithms.
#
# Note: with any of the above policies, Redis will return an error on write
#       operations, when there are no suitable keys for eviction.
#
#       At the date of writing these commands are: set setnx setex append
#       incr decr rpush lpush rpushx lpushx linsert lset rpoplpush sadd
#       sinter sinterstore sunion sunionstore sdiff sdiffstore zadd zincrby
#       zunionstore zinterstore hset hsetnx hmset hincrby incrby decrby
#       getset mset msetnx exec sort
#
# The default is:
#
# maxmemory-policy noeviction

LRU least recently used 最近最久未使用；
LFU least frequently used 最近最少使用；
noeviction 默认淘汰策略，return an error；

过期策略：惰性删除 + 定时删除。

4 数据类型

Redis支持五种数据类型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合）及 zset（sorted set：有序集合）。

4.1 string

最基本类型，二进制安全，也可以包含jpg或序列化后的对象，最大支持512M；

例：

127.0.0.1:6379> SET name "caojiantao"
OK
127.0.0.1:6379> GET name
"caojiantao"

4.2 hash

Key-Value键值对集合，适合用来存储简单对象；

例：

127.0.0.1:6379> hmset user name caojiantao age 18
OK
127.0.0.1:6379> hget user age
"18"

4.3 list

简单的字符串列表，双向链表的数据结构；

例：

127.0.0.1:6379> lpush months 1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lpush months 2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> rpush months 3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lrange months 0 10
1) "2"
2) "1"
3) "3"
127.0.0.1:6379> lpop months
"2"
127.0.0.1:6379> rpop months
"3"

4.4 set

string 类型的无序集合（唯一性），hash 结构，操作复杂度为 O(1)；

例：

127.0.0.1:6379> sadd team zhangsan lisi
(integer) 2
127.0.0.1:6379> smembers team
1) "zhangsan"
2) "lisi"
127.0.0.1:6379> sadd team lisi
(integer) 0

4.5 zset

同 set，不过每个子元素会关联一个 double 类型的分数 score，zset 根据 score 排序；

例：

127.0.0.1:6379> zadd days 1 one
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd days 0 zero
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zadd days 2 two
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zrangebyscore days 0 10
1) "zero"
2) "one"
3) "two"

4.6 bitmap

通过一个 bit 位来表示某个元素的状态，8 个 bit 组成一个 byte，可以极大节省存储空间；

例如统计用户每天的打卡状态，offset = day；

127.0.0.1:6379> setbit sign 0 1
0
127.0.0.1:6379> setbit sign 2 1
0
127.0.0.1:6379> setbit sign 5 1
0

获取第 3 天打卡状态；

127.0.0.1:6379> getbit sign 2
1

可以基于 redis 的 bitmap 结构，实现一个布隆过滤器。

4.7 geo

geo 为地理位置类型，3.2+ 版本才开始支持，其底层实现仍是 zset，所以删除成员命令同 zrem；

重要命令一览：

geoadd 增加某个地理位置坐标
geopos 获取某个地理位置坐标
geodist 获取两个地理位置的距离
georadius 根据给定的地理位置坐标获取指定范围内的地理位置集合
geohash 获取某个地理位置的 geohash 值

例：

bash

127.0.0.1:6379> geoadd positions 116.407258 39.991496 olympics 116.403909 39.915547 tiananmen 116.333374 40.009645 qinghua
(integer) 3
127.0.0.1:6379> geodist positions tiananmen qinghua
"12070.5091"
127.0.0.1:6379> georadiusbymember positions tiananmen 20 km
1) "qinghua"
2) "tiananmen"
3) "olympics"
127.0.0.1:6379> georadiusbymember positions tiananmen 10 km
1) "tiananmen"
2) "olympics"

4.8 小结

类型	简介	特性	场景
string	二进制安全	可以包含任何数据,比如jpg图片或者序列化的对象,一个键最大能存储512M；	---
hash	键值对集合	适合存储对象,并且可以像数据库中update一个属性一样只修改某一项属性值；	存储、读取、修改用户属性；
list	链表(双向链表)	增删快,提供了操作某一段元素的API；	1. 最新消息排行等功能(比如朋友圈的时间线)； 2. 消息队列；
set	哈希表实现,元素不重复	1. 添加、删除,查找的复杂度都是O(1) ； 2. 为集合提供了求交集、并集、差集等操作；	1. 共同好友； 2. 利用唯一性,统计访问网站的所有独立ip； 3. 好友推荐时,根据tag求交集,大于某个阈值就可以推荐；
zset	有序 set，按score有序排列	数据插入集合时,已经进行天然排序；	1. 排行榜；
bitmap	位图结构	每个 bit 值只能是 0 或 1，适合存储 true or false 状态，非常节省内存空间；	1. 签到记录； 2. 访问控制；
geo	经纬度坐标类型	操作地理位置非常方便；	附近的人

6 数据结构

6.1 sorted set

两种编码实现：ziplist 和 skiplist，当满足下列条件采用 ziplist 编码方式：

有序集合保存的元素数量小于128个；
有序集合保存的所有元素成员的长度小于64字节；

同时 zset 还维护了一个字典，保存元素 member 到分值 score 的映射，便于等值查找。

6.1.1 ziplist

压缩列表， 2 个紧挨在一起的节点组成一个元素，代表元素的实际值和分值大小。

6.1.2 skiplist

跳跃表，有利于范围查找，相比红黑树实现难度较为简单得多。

参考： https://segmentfault.com/a/1190000014842718

7 为什么快

完全基于内存；
数据结构简单；
单线程避免上下文切换；
多路 I/0 复用模型，非阻塞；

9.4 分布式锁

场景：定时任务集群部署，Job 需要加锁单次执行；

方案：基于 Redis 实现分布式锁，以 Job 唯一标识为 key，设置 expiration，在 Job 执行前获取锁判定；

优点：实现较为简单，过期策略防止死锁，效率较高；

基于 springboot 2.x 项目，参考代码如下；

加锁：

java

/**
  * 尝试加锁
  *
  * @param lockKey    加锁的KEY
  * @param requestId  加锁客户端唯一ID标识
  * @param expireTime 过期时间
  * @param timeUnit   时间单位
  * @return 是否加锁成功
  */
public Boolean tryLock(String lockKey, String requestId, long expireTime, TimeUnit timeUnit) {
    RedisConnection connection = connectionFactory.getConnection();
    Boolean result = connection.set(lockKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), requestId.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), Expiration.from(expireTime, timeUnit), RedisStringCommands.SetOption.SET_IF_ABSENT);
    connection.close();
    return result;
}

requestId 通常用作标识加锁请求的唯一性，只有对应的加锁请求，才能成功解锁。防止某个客户端操作阻塞很久，锁超时自动释放被另外客户端拿到，然后自己又执行释放锁释放掉其他客户端当前持有的锁。

解锁：

java

/**
  * 释放锁
  *
  * @param lockKey   加锁的KEY
  * @param requestId 加锁客户端唯一ID标识
  * @return 是否释放成功
  */
public boolean releaseLock(String lockKey, String requestId) {
    // Lua代码，一次性执行保证原子性，避免并发问题
    String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
    RedisConnection connection = connectionFactory.getConnection();
    byte[][] keysAndArgs = new byte[2][];
    keysAndArgs[0] = lockKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
    keysAndArgs[1] = requestId.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
    Long result = connection.scriptingCommands().eval(script.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), ReturnType.INTEGER, 1, keysAndArgs);
    connection.close();
    return result != null && result > 0;
}

注意解锁姿势，保证操作原子性。

9.4.1 锁超时

当锁的持有时间无法估算，存在锁超时导致被自动释放掉的可能。可以在获取锁成功时，开启一个定时线程询问持有锁状况，若当前仍持有锁状态，则刷新过期时间。

参考 Redisson 实现：https://github.com/redisson/redisson/blob/master/redisson/src/main/java/org/redisson/RedissonLock.java (renewExpiration)

9.4.2 RedLock

主从复制时，获取锁成功还未同步 slave 时，master 宕机会出现数据不一致情况。

官方提供名为 RedLock 的算法思想：

获取当前时间；
尝试按顺序在 N 个节点获取锁；
在大多数节点获取锁成功，则认为成功；
如果锁获取成功了，锁有效时间就是最初的锁有效时间减去之前获取锁所消耗的时间；
如果锁获取失败了，将会尝试释放所有节点的锁；

Redlock 算法： https://redis.io/topics/distlock

10 缓存雪崩、缓存穿透和缓存击穿

10.1 缓存雪崩

描述：同一时间缓存大面积失效，数量级的请求直接打到数据库。

方案：给缓存失效时间加上一个随机数。

10.2 缓存穿透

描述：请求不符合缓存条件，直接打到数据库。

方案：参数做好校验，null 值也可缓存。

10.3 缓存击穿

描述：热点数据失效瞬间，大量对该热点数据的请求直接打到数据库。

方案：设置缓存永不过期，或者查询引入互斥锁。

Redis 介绍 ​

2 安装 ​

2.1 Windows ​

2.2 Linux ​

3 配置 ​

3.1 查看 ​

3.2 编辑 ​

3.3 部分参数说明 ​

3.3.1 daemonize ​

3.3.2 port ​

3.3.3 bind ​

3.3.4 timeout ​

3.3.5 save ​

3.3.6 dbfilename ​

3.3.7 dir ​

3.3.8 replicaof ​

3.3.9 masterauth ​

3.3.10 requirepass ​

3.3.11 appendonly ​

3.3.12 appendfilename ​

3.3.13 appendfsync ​

3.4 淘汰策略 ​

4 数据类型 ​

4.1 string ​

4.2 hash ​

4.3 list ​

4.4 set ​

4.5 zset ​

4.6 bitmap ​

4.7 geo ​

4.8 小结 ​

6 数据结构 ​

6.1 sorted set ​

6.1.1 ziplist ​

6.1.2 skiplist ​

7 为什么快 ​

9.4 分布式锁 ​

9.4.1 锁超时 ​

9.4.2 RedLock ​

10 缓存雪崩、缓存穿透和缓存击穿 ​

10.1 缓存雪崩 ​

10.2 缓存穿透 ​

10.3 缓存击穿 ​

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2 安装

2.1 Windows

2.2 Linux

3 配置

3.1 查看

3.2 编辑

3.3 部分参数说明

3.3.1 daemonize

3.3.2 port

3.3.3 bind

3.3.4 timeout

3.3.5 save

3.3.6 dbfilename

3.3.7 dir

3.3.8 replicaof

3.3.9 masterauth

3.3.10 requirepass

3.3.11 appendonly

3.3.12 appendfilename

3.3.13 appendfsync

3.4 淘汰策略

4 数据类型

4.1 string

4.2 hash

4.3 list

4.4 set

4.5 zset

4.6 bitmap

4.7 geo

4.8 小结

6 数据结构

6.1 sorted set

6.1.1 ziplist

6.1.2 skiplist

7 为什么快

9.4 分布式锁

9.4.1 锁超时

9.4.2 RedLock

10 缓存雪崩、缓存穿透和缓存击穿

10.1 缓存雪崩

10.2 缓存穿透

10.3 缓存击穿