Redis进阶

什么是redis？它是用来做什么的？

Redis是一个c语言编写的nosql的数据库，支持网络，可基于内存也可持久化的，key-value类型的数据库。 与一般数据库不同的是，redis是存储在内存中的，他的读写速度非常快，常常被广泛应用到缓存之中。

redis除了用作缓存，还可以干什么？

1. 计数器
2. 排行榜 （排序）
3. 数据排重 （重复数据）
4. 可以发布、订阅的实时消息系统
5. 消息队列 （list先进先出）
6. 分布式锁

一、Redis 线程模型

1、Redis是单线程模型还是多线程模型

redis6.x版本之前，属于彻彻底底的单线程，redis中监听客户端连接、读写数据操作，都是由一个单线程来完成的，效率低。

redis6.x之后，引入了多线程。将客户端网络请求，由多线程来负责完成，数据读写操作仍然是单线程。（单线程操作不会出现并发安全问题，保证了操作的原子性）

2、为什么设计为单线程模型速度也很快？

1. Redis是基于内存操作的，所有的运算都是内存级别的，所以性能比较高
2. 底层是一个hash表结构，查找和操作的时间复杂度是O(1)
3. IO多路复用和非阻塞 I/O(后面会补充，属于操作系统级别的IO)
4. 单线程避免了线程间的切换

redis的瓶颈不是cpu，而是内存大小、网络速度，本身速度就很快。

3、全局hash表

Redis底层是一个hash表结构，时间复杂度是O(1)

hash可以在O(1)的时间内计算出hash值并且找到对应的entry位置，entry里面是一个一个key指针和value指针，其实还有其他信息。这也是redis之所以性能高的原因之一。

二、Redis数据持久化

因为redis数据平常存储在内存中，一旦机器故障可能数据就会丢失。Redis还提供了数据持久化的机制，把内存中的数据，根据一定规则写入到硬盘中的文件，分别是RDB和AOF。

• 点赞-->存储在redis内存中--->定期的将数据写入到文件中。定时任务：每天晚上0点，把redis的数据写入到mysql

在我们安装了redis之后，所有的配置都是在redis.conf文件中，里面保存了RDB和AOF两种持久化机制的各种配置。当符合一定条件时，Redis会自动将内存中的数据进行快照并持久化到硬盘。

1、RDB方式(Redis DataBase)

在redis.conf文件中可以进配置，是否开启rdb持久化。在满足一定的条件时，定期的将redis中的数据（数据快照）保存到一个dump.rdb文件中，在redis 重新启动时，会将数据还原回来，将键值存储到rdb文件中。

数据快照：内存中有许多key-value、key1-value1---->存储在dump.rdb文件

rdb方式是redis默认的持久化方式，不需要配置开启，默认是支持的。

redis.conf文件中有触发rdb保存快照的条件。

save：这里是用来配置触发Redis的RDB持久化条件，也就是什么时候将内存中的数据保存到硬盘。比如"save m n"。表示m秒内数据集存在n次。修改时，自动触发bgsave。

如下配置：

• save 900 1：表示900秒钟内至少1个键被更改则进行快照。
• save 300 10：表示300秒内至少10个键被更改则进行快照。
• save 60 10000：表示60秒内至少10000个键被更改则进行快照。

如果不需要持久化，那么你可以注释掉所有的save行来停用保存功能。

退出redis，也会产生 rdb 文件, 命令: shutdown save。在Redis客户端模式下，关闭Redis服务时会保存快照，重新启动Redis服务时，会将dump.rdb文件中的数据还原回来。

2、AOF方式(Append Only File)

以日志的方式来记录所有写操作的命令（读操作不记录）。redis重启的话，会还原数据，会将日志文件中写命令从前到后执行一次。

set name jim

set name tom

如果是RDB方式，最终记录name的值为tom；而AOP方式记录所有的

Redis默认是关闭的，修改redis.conf配置文件，来开启AOF机制

appendonly no #默认是不开启aof模式的，改为yes开启。

appendfilename appendonly.aof #默认的文件名是 appendonly.aof，可以通过appendfilename参数修改 AOF 同步机制。

appendfsync always #每次修改都会同步，消耗性能。

appendfsync everysec #每秒会同步一次，可能会丢失这1s的数据(默认)

appendfsync no #不同步

修改完之后，重启redis才生效。

三、Redis事务

redis事务：是将多条命令打包为一个整体执行（在同一个事务中），这样执行的过程中其他客户端命令就不能执行了。但是不保证命令的原子性（中间有一条命令报错，不影响其他命令的执行）。

redis 的事务操作：

• 开启事务（multi）
• 执行命令, 命令入队（把命令加入到一个队列中，并没有立即执行）
• 执行前可以放弃事务(discard)
• 执行事务（exec）

实例:

• multi 开启事务
• set a aa 添加命令
• set b bb 添加命令
• incr b 添加命令
• exec 执行事务

但是事务不保证同一事物中多条命令执行的原子性，即使命令有错误也会添加到队列中，执行报错也不影响其他命令执行。  

redisTemplate.multi();//开启事务
    ValueOperations valueOperations = redisTemplate.opsForValue();
    valueOperations.set(a,aa);
    valueOperations.set(b,bb);
redisTemplate.exec();//执行事务

四、主从复制

主从复制，是指将一台Redis服务器的数据复制到其他的Redis服务器。前者称为主节点(master)，后者称为从节点(slave)，数据的复制是单向的，只能由主机到从机。

redis集群--->多台服务构成

Redis为了数据能够备份，实现读写分离（写命令找主机，读命令找从机）。有一台服务作为主机、多台服务作为从机，一台Redis服务器的数据复制到其他的Redis服务器。主机负责写数据，将数据备份到多台从机，从机负责读操作。

即使期间，有一台服务器出现问题，其他redis服务也可以正常工作。当有问题的服务故障排除后，可以继续在集群中工作。即使是主机故障，也可以从多台从机中，选举出一台服务作为主机(哨兵机制)

主从复制的作用主要包括：

1. 必将存在数据冗余、服务冗余。主机的数据备份到从机中。
2. 负载均衡(有多台服务，有很多请求到达后，可以根据一些机制让多个请求到达不同的服务器)，读写分离，多台从机分担读操作。
3. 实现高可用，是哨兵和集群实施的基础。

主从复制配置

主从复制时只需要配置从库即可，其默认为主库模式。打开redis客户端登录，使用命令info replication查看。

主从复制可以搭建真集群，也可以搭建伪集群。

真集群：有多台主机、每台主机安装一个 redis。

redis伪集群：可以在一台机器上，配置多个redis端口，启动多个redis实例。配置方式两者相同。

主从复制实例

1.复制多份配置文件，一主二从

主机配置

• bind 0.0.0.0 #任何 ip 都可以访问
• daemonize yes #后台运行
• pidfile /var/run/redis_6379.pid #进程号文件
• logfile "6379.log" #日志文件 注意文件名修改只是为了区分
• dbfilename dump6379.rdb #数据文件
• requirepass root #主机密码

从机配置

• #bind 注释
• daemonize yes #后台运行
• port 6380 #修改端口
• pidfile /var/run/redis_6380.pid #进程号文件
• logfile "6380.log" #日志文件
• dbfilename dump6380.rdb #数据文件
• replicaof 主机ip 主机端口
• masterauth 主机密码

从机进入客户端模式 ./redis-cli -p 从机端口

主机  

测试主写从读

五、哨兵机制

哨兵是一个独立的进程，独立运行。

哨兵定期的向redis集群中发送请求，等待Redis服务器响应。如果收不到回复，就说明redis服务有问题，会通过一套选举机制，在多台从机中选取一台作为主机；当主机故障恢复后，临时主机又变为从机角色。

单哨兵

哨兵集群  

 

六、Key过期策略（删除策略）

Redis中的key，是可以设置有效时间的。不是时间到期后就会自动删除的；当时间到了后，redis中有一套机制来删除过期的key。

Redis提供了两种删除策略：

1、惰性删除

key到期后不立即删除，只是使用一个字典记录此key已经过期，在下次使用此key时，才会删除。

浪费内存空间，但节省CPU

2、定时删除

每隔指定的时间后，字典中记录过期的key，定期的删除过期的key。

redis使用的过期键值删除策略是：惰性删除加上定期删除，两者配合使用

七、如何保证Redis和mysql数据一致

采用延时双删机制：先删除Redis数据，再更新Mysql，延迟几百毫秒再删除Redis数据。这样就算在更新Mysql时，有其他线程读了没有更新的Mysql数据，把老数据读到了Redis中，那么也会被删除掉，从而保持数据一致。

（第一个线程要对mysql进行操作的时候，要先把Redis数据删掉，去更新mysql，在此没有实际更新之前，另一个线程看Redis中没有，去mysql中拿到没有更新的数据，写到Redis中。但是没有关系，在mysql更新之后立即把Redis数据删掉，这样保证Redis和mysql数据一致）

八、跳表

Redis数据类型（String、哈希、list、set、zset）

跳表是zset的底层实现之一，是一种将有序链表改造为支持近似"折半查找"算法。查询一个元素时，不需要从头一个一个查询，先确定元素在调表中的区间范围，可以提高查询效率。

先分成大区间，再分成小区间  

九、缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩

redis可以用来缓存数据，访问量大的时候可以缓解mysql的压力。如果Redis使用不当，也会造成新的问题。

缓存处理流程

前台请求，后台先从缓存中取数据，取到直接返回结果，取不到时从数据库中取，数据库取到更新缓存并返回结果，数据库没取到直接返回空结果。

1、缓存穿透

数据在mysql中本身就不存在，这样redis中也没有，每次查询时，都会访问mysql，大量访问会压垮mysql。

解决办法：

1. 在Redis中设置一个key为null的键值 -1:null。下次再请求的时候，就可以从缓存里边获取了。这种情况我们一般会将空对象设置一个较短的过期时间。
2. 对参数进行校验，不合法参数进行拦截。

2、缓存击穿

mysql中有数据，在Redis中的某个时刻key到期了。此时刚好有大量请求到达，这时没有做任何的控制，大量请求查询redis，但是redis中没有数据，请求到达mysql，导致mysql被压垮。

解决办法：

1. 合理设置key的过期时间
2. 加锁，查询mysql时，进行加锁处理

3、缓存雪崩

大量的key过期或者Redis服务器出现故障，导致大量的请求到达mysql（更严重的击穿）。

解决办法：

1. 随机设置key失效时间，避免大量key集体失效。setRedis(Key,value,time+Math.random() * 10000);
2. 把热点key放在不同的从机。
3. 不设置过期时间。
4. 定时任务，将快过期的key，重新放入到缓存。