一、Redis是什么

        Redis，即远程字典服务，是一个开源的用C语言开发的基于内存的高性能key-value数据库。由于数据存储在内存中，因此Redis的速度很快，但是每次重启Redis服务时，其中的数据也会丢失，所以，Redis提供了持久化存储机制，将数据以某种形式保存在文件中，每次重启时，可以自动从文件加载到内存中。

二、Redis优缺点

优点：

  • Redis不仅支持简单的k/v类型的数据，同时还提供list,set,zset,hash等数据结构的存储。
  • Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。
  • Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保持在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。
  • Redis不只能作为key-value数据库使用，还提供了消息中间件的部分功能。

缺点：

  • 由于Redis是内存数据库，所以，单台机器，存储的数据量，跟机器本身的内存大小有关。虽然Redis本身有key过期策略，但是还是需要提前预估和节约内存。如果内存增长过快，需要定期删除数据。
  • Redis是单线程的（6.0变为多线程），单台服务器无法充分利用多核服务器的CPU。

三、典型的使用场景

Redis可以作为数据库、缓存中间件、消息中间件

  1. 缓存：合理的利用缓存可以提升系统访问速度，还能大大降低数据库的压力。Redis提供了键过期功能，以及灵活的键淘汰策略，现在Redis用在缓存的场合非常多。如：分布式session、静态页缓存、会话Token缓存、购物车等。
  2. 排行榜：Redis提供的有序集合数据结构能实现各种复杂的排行榜应用。
  3. 计数器：如浏览量、播放量等。Redis提供的incr命令来实现计数器功能，内存操作，性能非常好。
  4. 分布式会话：集群环境下，在应用不多的情况下，一般使用容器自带的session复制功能就能满足，当应用增多相对复杂的系统中，一般都会搭建以Redis等内存数据库为中心的session服务，session不再由容器管理，而是由session服务及内存数据库管理。
  5. 分布式锁：分布式技术带来的技术挑战是对同一个资源的并发访问，如全局id，减库存，秒杀等场景。并发量不大的场景可以使用数据库的悲观锁、乐观锁来实现，但在高并发场合中，使用数据库锁控制资源的并发访问大大影响了数据库的性能。可以利用Redis的setnx功能来编写分布式的锁。
  6. 社交网络 点赞、踩、关注/被关注、共同好友等基本功能：访问量通常来说比较大，Redis提供的哈希、集合等数据结构能很方便的实现这些功能。
  7. 最新列表：Redis列表结构，LPUSH可以再列表头部插入一个内容ID作为关键字，LTRIM可用来限制列表的数量，这样列表永远为N个id，无需查询最新的列表，直接根据id去到对应的内容页即可。
  8. 消息系统：主要用于业务解耦、流量削峰及异步处理实时性低的业务。Redis提供了发布/订阅及阻塞队列功能，能实现一个简单的消息队列系统，当然，这不能和专业的消息中间件（ActiveMQ、RabbitMQ、Kafka）相比。

四、Redis5支持的淘汰算法

1、LRU

        LRU(Least recently  userd，最近最久未使用算法)：算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据，其核心思想是“如果数据最近没有被访问过，那么将来被访问的几率也会比较低”。

2、LFU

        LFU（Least Frequently Used，最近最少使用算法）：算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据，其核心思想是“如果一个数据在最近一段时间很少被访问到，那么可以认为在将来他被访问的可能性也很小”。

3、LRU和LFU的区别

        LRU淘汰最长时间未被使用的数据，LFU淘汰一定时期内被访问次数最少的数据。

4、Random

        Ramdom(随机删除)：随机删除key。

注意：LRU和LFU都是采样淘汰，即每次只扫描部分的key来按照算法删除，而不是扫描所有的key，每次扫描的key数量通过maxmemory-samples<count>来配置，默认扫描5个就可以。

五、数据持久化

        Redis虽然是一个内存数据库，但是其中保存的数据应该提供持久化（数据保存到硬盘），以避免Redis重启后从数据库加载数据。Redis的持久化实现方式有三种：RDB、AOF、混合持久，默认使用RDB。AOF和RDB可以同时启用，但是加载时优先使用AOF。

1、RDB（Redis DataBase）

        RDB文件本质上是一份压缩的二进制内存快照，保存了创建RDB文件那个时间点的Redis的全量数据，具有数据文件小，全量创建、恢复快的优点，但是由于快照的特性无法保存创建RDB之后的增量数据。

  • 优点：RDB是一个紧凑的二进制文件，代表Redis在某个时间点上的数据快照。使用与备份、全量复制等场景。Redis加载RDB恢复数据远远快于AOF的方式。
  • 缺点：RDB不能做到实时持久化。Redis进程会执行fork操作创建子进程，RDB持久化进程由子进程负责，完成后自动结束，阻塞会发生在fork阶段。

2、AOF（Append  Only File） 

        AOF文件的本质是一份执行日志，保存所有对Redis进行更改的命令。AOF文件基本上是人类可读的文本，所以其体积相对较大，在从AOF文件恢复数据时就是做日志回放，执行AOF文件中记录的所有命令，所以相对RDB而言恢复耗时较长。

  • 优点：AOF日志文件以append-only模式写入，写入性能比较高，所以写入频率可以配置的高点（默认1秒，故障时最多丢1秒的数据）。AOF日志文件的命令通过非可读的方式进行记录，这个特性非常适合做灾难性的误删除的紧急恢复，当然要在重写前拷贝AOF文件。
  • 缺点：相对RDB数据快照文件更大，做数据恢复的时候，会比较慢，还有做冷备，定期的备份，不太方便。

3、混合持久

        4.0加入的新功能， AOF文件过大时，Redis会重写AOF文件，重写时先以RDB格式写入全量数据再追加增量日志，该选项默认开启：aof--use-rdb-preamble yes

六、Redis分布式锁

         为了实现不同的进程以互斥方式访问共享资源，需要使用分布式锁。Redis的key-value可以模拟实现分布式锁。

   Redis单实例模式：

  • 加锁过程：在Redis中放入一个带有过期时间的key-value，使用nx表示只有不存在key时才放入（如果存在，表示其他客户端放了，也就是已被其他客户端加锁），使用失效时间避免死锁，value中要能表示客户端，避免误解锁。
  • 解锁过程：获取key对应的value，如果value是当前客户端放入的value，则删除。

Redis主从、集群模式：

  • 加锁过程： 在主从、集群模式上，如果也采用单实例模式加锁过程，可能会导致锁失效的问题，如：客户端A放入了key-value，但是当Redis将数据从主节点复制到从节点时，发生了故障，kv复制不成功，而主从切换完成后，原来的从实例，现在的主实例上没有锁key，则客户端B可以获取锁，这时A、B客户端都持有一个锁。
  • 对于主从、集群模式下的分布式锁，有RedLock算法，在多个不相关的（非集群、非主从）实例上加锁（放入key），如果半数以上节点加锁成功，则本客户端加锁成功。如：5个独立的实例中加锁，如果3个实例加锁成功，则本客户端加锁成功。解锁过程也需要在多个实例上解锁。这可以实现主从、集群模式下的安全加锁，但是需要自己实现，或者而采用已经实现RedLock算法的客户端。如：Redisson