A.Redis介绍

REmote DIctionary Server(Redis)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。

Redis到底是单线程还是多线程

这个问题本身就是个坑

IO线程:

  • redis 6之前(2020年5月)，单线程

  • redis 6之后，多线程，NIO 模型 ==> 主要的性能提升点

    内存处理线程:

  • 单线程 ==> 高性能的核心

B.缓存常见问题

(1).缓存穿透

问题：大量并发查询不存在的KEY，把压力直接透传到DB。
解决办法：

  1. 缓存一个KEY，其VALUE设置成业务空值。具体空值会无法判断从缓存中到底拿没拿到VALUE。
  2. 用Bloom过滤或RoaringBitmap判断KEY是否存在。数据量不大的时候也可以用Set。

  3. 完全以缓存查询结果为准，使用延迟异步加载的策略，这样就不会触发同步的DB更新。

    (2).缓存击穿

    问题：某个KEY失效的时候，正好有大量并发请求访问该KEY。
    解决办法：

  4. KEY的更新操作添加全局互斥锁，一定要加在具体的KEY上，而不是缓存上。

  5. 完全以缓存查询结果为准，使用延迟异步加载的策略，这样就不会触发同步的DB更新。

    (3).缓存雪崩

    问题：当某一时刻发生大规模的缓存失效，导致数据库压力过大。
    分析：由于更新策略，数据热点，缓存服务宕机等原因，可能会导致缓存数据同一时间点大规模不可用。
    解决办法：

  6. 更新策略在时间上做到比较均匀。

  7. 使用的热数据尽量分散到不同的机器上。
  8. 多台机器做主从复制或者多副本，实现高可用。
  9. 实现熔断限流机制，对系统进行负载能力控制。

C.Redis安装

MAC上可以用brew安装
不限OS可以使用docker安装：
docker pull redis
docker run -itd —name redis-test -p 6379:6379 redis docker image inspect redis:latest|grep -i version
docker exec -it redis-test /bin/bash $ redis-cli
> info

安装有坑：没有redis.conf文件
$ docker run -p 6379:6379 —name redis01 -v /etc/redis/redis.conf:/etc/redis/redis.conf -v /etc/redis/data:/data -d redis redis-server /etc/redis/redis.conf —appendonly yes

性能测试：
# redis-benchmark -n 100000 -c 32 -t SET,GET,INCR,HSET,LPUSH,MSET -q

D.Redis的数据结构

(1).Redis的五种基本数据结构

1.字符串String：int,String,byte[]

字符串类型是 Redis 中最为基础的数据存储类型，它在 Redis 中是二进制安全的，这便意味着该 类型可以接受任何格式的数据，如 JPEG 图像数据或 json 对象描述信息等。在 Redis 中字符串类 型的 value 最多可以容纳的数据长度是512M。

keys *
set/get/getset/del/exists/append
incr/decr/incrby/decrby

注意:
1、字符串 append:会使用更多的内存
2、整数共享:如何能使用整数，就尽量使用整数。副作用：限制了 redis 内存+LRU (淘汰策略)
3、整数精度问题:redis 大概能保证16~，，17-18位的大整数就会丢失精确

2.散列Hash：Map,Pojo Class

Redis 中的 Hash 类型可以看成具有 String key 和 String value 的 map 容器。所以该类型非常 适合于存储对象的信息。如 Username、password 和 age。如果 Hash 中包含少量的字段，那 么该类型的数据也将仅占用很少的磁盘空间。

hset/hget/hmset/hmget/hgetall/hdel/hincrby
hexists/hlen/hkeys/hvals

3.链表List：java的LinkedList

在 Redis 中，List 类型是按照插入顺序排序的字符串链表。和数据结构中的普通链表 一样，我们 可以在其头部(Left)和尾部(Right)添加新的元素。在插入时，如果该键并不存在，Redis 将 为该键创建一个新的链表。与此相反，如果链表中所有的元素均被移除，那么该键也将会被从数据 库中删除。

lpush/rpush/lrange/lpop/rpop

4.集合Set：java的Set，不重复的List

在 redis 中，可以将 Set 类型看作是没有排序的字符集合，和 List 类型一样，我们也可以在该类型 的数值上执行添加、删除和判断某一元素是否存在等操作。这些操作的时间复杂度为O(1),即常量 时间内完成依次操作。
和List类型不同的是，Set 集合中不允许出现重复的元素。

sadd/srem/smembers/sismember 相当于 set.add, remove, contains,
sdiff/sinter/sunion 相当于 集合求差集，求交集，求并集

5.有序集合Sorted Set

sortedset 和 set 极为相似，他们都是字符串的集合，都不允许重复的成员出现在一个 set 中。他 们之间的主要差别是 sortedset 中每一个成员都会有一个分数与之关联。redis 正是通过分数来为 集合的成员进行从小到大的排序。sortedset 中分数是可以重复的。

zadd key score member score2 member2… : 将成员以及该成员的分数存放到 sortedset 中
zscore key member : 返回指定成员的分数
zcard key : 获取集合中成员数量
zrem key member [member…] : 移除集合中指定的成员，可以指定多个成员
zrange key start end [withscores] : 获取集合中脚注为 start-end 的成员，[withscores]参数表 明返回的成员包含其分数
zrevrange key start stop [withscores] : 按照分数从大到小的顺序返回索引从 start 到 stop 之间 的所有元素(包含两端的元素)
zremrangebyrank key start stop : 按照排名范围删除元素
zrange key 下标s 下标e

(2).Redis的三种高级数据结构

1.Bitmaps:

setbit/getbit/bitop/bitcount/bitpos
bitmaps 不是一个真实的数据结构。而是 String 类型上的一组面向 bit 操作的集合。由于strings 是二进制安全的 blob，并且它们的最大长度是512m，所以bitmaps能最大设置2^32个不同的 bit。

2.Hyperloglogs:

pfadd/pfcount/pfmerge
在 redis 的实现中，您使用标准错误小于1%的估计度量结束。这个算法的神奇在于不再需要与需 要统计的项相对应的内存，取而代之，使用的内存一直恒定不变。最坏的情况下只需要12k，就可 以计算接近2^64个不同元素的基数。

3.GEO:

geoadd/geohash/geopos/geodist/georadius/georadiusbymember
Redis 的 GEO 特性在 Redis3.2版本中推出，这个功能可以将用户给定的地理位置(经度和纬度) 信息储存起来，并对这些信息进行操作。

E.Redis六大使用场景

(1).业务数据缓存

1、通用数据缓存，string，int，list，map 等。
2、实时热数据，最新500条数据。
3、会话缓存，token 缓存等。

(2).业务数据处理

1、非严格一致性要求的数据:评论，点击等。如网页点赞评论
2、业务数据去重:订单处理的幂等校验等。
3、业务数据排序:排名，排行榜等。

(3).全局一致计数

1、全局流控计数，控制整个集群
2、秒杀的库存计算
3、抢红包
4、全局 ID 生成

(4).高效统计计数

1.id去重，记录访问IP等全局bitmap位图操作。
2.用Hyperloglogs来做UV,PV等访问量的计数==>非严格一致性要求

(5).发布订阅与Stream

1.Pub-Sub模拟队列
docker命令：
subscribe comments
publish comments xxx

2.Redis Stream
是 Redis 5.0 版本新增加的数据结构。可以看作一个相对比较完善的消息队列机制。
具体可以参考 https://www.runoob.com/redis/redis-stream.html

(6).分布式锁

1.获取锁—单个原子性操作

因为redis内存处理是单线程的，所以set命令必定是单线程的。
SET key value NX PX 300000
==>NX：当前key不存在时再执行set，存在则不执行。可以根据此SET命令执行成功失败来判断是否拿到了当前锁。
PX：当前锁的超时时间，单位为毫秒。过期后该KEY被redis删掉。

2.释放锁

一定要保证当前锁是当前线程的锁，才能释放。以免锁超时已经被别的线程拿到，不再属于当前线程。
LUA脚本(保证读删两步操作的原子性，从而具有事务性)：

  1. if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
  2.     return redis.call("del",KEYS[1]) 
  3. else
  4.     return 0 
  5. end

F.Redis的Java客户端

(1).官方客户端Jedis

官方客户端，类似于 JDBC，可以看做是对 redis 命令的包装。
基于 BIO，线程不安全，需要配置连接池管理连接。

(2).包心菜Lettuce

Redis官方目前主流推荐的驱动，也是SpringBoot推荐默认使用的工具。
基于 Netty NIO，API 线程安全。

(3).Reddission

基于 Netty NIO，API 线程安全。
亮点:大量丰富的分布式功能特性，比如 JUC 的线程安全集合和工具的分布式版本，分布式的基 本数据类型和锁等。

G.Redis与Spring的整合

(1).Spring Data Redis

核心是 RedisTemplate(可以配置基于 Jedis，Lettuce，Redisson)) 使用方式类似于 MongoDBTemplate，JDBCTemplate 或 JPA
封装了基本 redis 命令操作:
image.png

(2).

H.Redis的高级功能

(1).Redis事务

(2).Redis Lua(存储过程)

open resty = nginx + lua jit

(3).Redis管道pipeline

批处理命令

nc命令：不是redis命令，不可在redis-cli下执行。

(4).Redis数据备份与恢复

RDB~frm

  • 备份

执行 save 即可在 redis 数据目录生成数据文件 dump.rdb 也可以异步执行 bgsave

  • 恢复

将备份文件 (dump.rdb) 移动到 redis 数据目录并启动服务即可
查看文件夹 CONFIG GET dir
127.0.0.1:6379> CONFIG GET dir
1) “dir”
2) “/data”