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一起來聊聊Redis有什麼優勢和特點

WBOY轉載: 2022-05-16 18:04:094446瀏覽

這篇文章為大家帶來了關於Redis的相關知識，其中主要介紹了關於redis的一些優勢和特點，Redis 是一個開源的使用ANSI C語言編寫、遵守BSD 協議、支援網路、可基於記憶體、分散式儲存資料庫，下面一起來看一下，希望對大家有幫助。

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什麼是redis

Remote DIctionary Server(Redis) 是一個由Salvatore Sanfilippo 寫的key-value 儲存系統，是跨平台的非關係型資料庫。

Redis 是一個開源的使用ANSI C 語言編寫、遵守BSD 協定、支援網路、可基於記憶體、分散式、可選持久性的鍵值對(Key-Value)儲存資料庫，並提供多種語言的API。

Redis 通常被稱為資料結構伺服器，因為值（value）可以是字串(String)、雜湊(Hash)、列表(list)、集合(sets)和有序集合(sorted sets )等類型。

Redis的特點：

記憶體資料庫，速度快，也支援資料的持久化，可以將記憶體中的資料保存在磁碟中，重啟的時候可以再次載入進行使用。
Redis不僅支援簡單的key-value類型的數據，同時也提供list，set，zset，hash等資料結構的儲存。
Redis支援資料的備份，即master-slave模式的資料備份。
支援交易

Redis的優點：

效能極高– Redis能讀的速度是110000次/s,寫的速度是81000次/s 。
豐富的資料型別 – Redis支援二進位案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 與 Ordered Sets 資料型別運算。
原子 – Redis的所有操作都是原子性的，同時Redis也支援對幾個操作合併後的原子性執行。（事務）
豐富的特性 – Redis也支援 publish/subscribe, 通知, key 過期等等特性。

Redis與其他key-value儲存有什麼不同？

Redis有著更複雜的資料結構並且提供對他們的原子性操作，這是一個不同於其他資料庫的演化路徑。 Redis的資料類型都是基於基本資料結構的同時對程式設計師透明，無需進行額外的抽象。
Redis運行在記憶體中但是可以持久化到磁碟，所以在對不同資料集進行高速讀寫時需要權衡內存，因為資料量不能大於硬體記憶體。在記憶體資料庫方面的另一個優點是，相比在磁碟上相同的複雜的資料結構，在記憶體中操作起來非常簡單，這樣Redis可以做很多內部複雜性很強的事情。同時，在磁碟格式方面他們是緊湊的以追加的方式產生的，因為他們並不需要進行隨機存取。

Memcache與Redis的差別有哪些

儲存方式 Memecache把資料全部存在記憶體之中，斷電後會掛掉，資料不能超過記憶體大小。 Redis有部份存在硬碟上，redis可以持久化其資料
資料支援型別memcached所有的值都是簡單的字串，redis作為其替代者，支援更豐富的資料型別，提供list ，set，zset，hash等資料結構的儲存
使用底層模型不同它們之間底層實作方式以及與客戶端之間通訊的應用協定不一樣。 Redis直接自己建構了VM 機制，因為一般的系統呼叫系統函數的話，會浪費一定的時間去移動和請求。
value 值大小不同：Redis 最大可以達到 512M；memcache 只有 1mb。
redis的速度比memcached快很多
Redis支援資料的備份，即master-slave模式的資料備份。

Redis為什麼這麼快

1、完全基於內存，絕大部分請求是純粹的內存操作，而且非常快速。資料存在記憶體中，類似HashMap，HashMap的優勢就是查找和操作的時間複雜度都是O(1)；

2、資料結構簡單，對資料操作也簡單，Redis中的資料結構是專門進行設計的；

3、採用單線程，避免了不必要的上下文切換和競爭條件，也不存在多進程或者多線程導致的切換而消耗CPU，不用去考慮各種鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖定操作，沒有因為可能出現死鎖而導致的效能消耗；

4、使用多路I/O復用模型，非阻塞IO；

5.使用底層模型不同，它們之間底層實現方式以及與客戶端之間通信的應用協議不一樣，Redis直接自己構建了VM 機制，因為一般的系統調用系統函數的話，會浪費一定的時間去移動與請求；

6.多路I/O 復用模型

多路I/O復用模型是利用select、poll、epoll 可以同時監察多個流的I/O 事件的能力，在空閒的時候，會把當前線程阻塞掉，當有一個或多個當流有I/O 事件時，就從阻塞態中喚醒，於是程式就會輪詢一遍所有的流（epoll 是只輪詢那些真正發出了事件的流），並且只依次順序的處理就緒的流，這種做法就避免了大量的無用操作。

**這裡「多路」指的是多個網路連接，「重複使用」指的是複用同一個線程。 **採用多路I/O 復用技術可以讓單一執行緒有效率的處理多個連線請求（盡量減少網路IO 的時間消耗），且Redis 在記憶體中操作資料的速度非常快，也就是說記憶體內的操作不會成為影響Redis效能的瓶頸，主要由上述幾點造就了Redis 具有很高的吞吐量。

那為什麼Redis是單線程的

我們首先要明白，上邊的種種分析，都是為了營造一個Redis很快的氛圍！官方FAQ表示，因為Redis是基於記憶體的操作，CPU不是Redis的瓶頸，Redis的瓶頸最有可能是機器記憶體的大小或網路頻寬。既然單線程容易實現，而且CPU不會成為瓶頸，那就順理成章地採用單線程的方案了（畢竟採用多線程會有很多麻煩！）。

Redis 資料型別及指令

1.字串(String)

redis 127.0.0.1:6379> SET rediskey redis
OK
redis 127.0.0.1:6379> GET rediskey
"redis"

2. 雜湊(Hash)

Redis hash 是一個string 類型的field（欄位）和value（值）的對應表，hash 特別適合用於儲存物件。

Redis 中每個hash 可以儲存232 - 1 鍵值對（40多億）

3. 列表(List)

Redis列表是簡單的字串列表，按照插入順序排序。你可以加上一個元素到清單的頭部（左邊）或尾部（右邊）

一個清單最多可以包含 232 - 1 個元素 (4294967295, 每個清單超過40億個元素)。

redis 127.0.0.1:6379> LPUSH rediskey redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH rediskey mongodb
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> LPUSH rediskey mysql
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> LRANGE rediskey 0 10

1) "mysql"
2) "mongodb"
3) "redis"

4. 集合(Set)

Redis 的 Set 是 String 類型的無序集合。集合成員是唯一的，這意味著集合中不能出現重複的資料。

集合物件的編碼可以是 intset 或 hashtable。

Redis 中集合是透過哈希表實現的，所以添加，刪除，查找的複雜度都是 O(1)。

集合中最大的成員數為 232 - 1 (4294967295, 每個集合可儲存40多億個成員)。

redis 127.0.0.1:6379> SADD rediskey redis
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD rediskey mongodb
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD rediskey mysql
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> SADD rediskey mysql
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS rediskey

1) "mysql"
2) "mongodb"
3) "redis"

5. 有序集合(sorted set)

Redis 有序集合和集合一樣也是 string 類型元素的集合,且不允許重複的成員。

不同的是每個元素都會關聯一個 double 類型的分數。 redis 正是透過分數來為集合中的成員進行從小到大的排序。

有序集合的成員是唯一的,但分數(score)卻可以重複。

集合是透過哈希表實現的，所以添加，刪除，查找的複雜度都是 O(1)。集合中最大的成員數為 232 - 1 (4294967295, 每個集合可儲存40多億個成員)。

6. HyperLogLog

Redis 在 2.8.9 版本中新增了 HyperLogLog 結構。

Redis HyperLogLog 是用來做基數統計的演算法，HyperLogLog 的優點是，在輸入元素的數量或體積非常非常大時，計算基數所需的空間總是固定的、而且是很小的。

在 Redis 裡面，每個 HyperLogLog 鍵只需要花費 12 KB 內存，就可以計算接近 2^64 個不同元素的基數。這和計算基數時，元素越多耗費記憶體就越多的集合形成鮮明對比。

但是，因為 HyperLogLog 只會根據輸入元素來計算基數，而不會儲存輸入元素本身，所以 HyperLogLog 不能像集合一樣，傳回輸入的各個元素。

什麼是基數?

例如資料集{1, 3, 5, 7, 5, 7, 8}，那麼這個資料集的基數集就是{1, 3 , 5 ,7, 8}, 基數(不重複元素)為5。基數估計就是在誤差可接受的範圍內，快速計算基數。

實例

以下實例示範了HyperLogLog 的工作流程：

//添加指定元素到 HyperLogLog 中。
redis 127.0.0.1:6379> PFADD rediskey "redis" 

1) (integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PFADD rediskey "mongodb"

1) (integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PFADD rediskey "mysql"

1) (integer) 1
//添加指定元素到 HyperLogLog 中。
redis 127.0.0.1:6379> PFCOUNT rediskey

(integer) 3

7. 發布訂閱

Redis 發布訂閱(pub/sub) 是一種訊息通訊模式：發送者(pub) 發送訊息，訂閱者(sub) 接收訊息。

Redis 用戶端可以訂閱任意數量的頻道。

下圖展示了頻道 channel1 ，以及訂閱這個頻道的三個客戶端——client2 、 client5 和client1 之間的關係：

實例

以下實例示範了發布訂閱是如何運作的，需要開啟兩個redis-cli 用戶端。

在我們實例中我們建立了訂閱頻道名稱 runoobChat:

第一个 redis-cli 客户端

redis 127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE runoobChat

Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "runoobChat"
3) (integer) 1

现在，我们先重新开启个 redis 客户端，然后在同一个频道 runoobChat 发布两次消息，订阅者就能接收到消息。

第二个 redis-cli 客户端

redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH runoobChat "Redis PUBLISH test"
(integer) 1

redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH runoobChat "Learn redis by runoob.com"
(integer) 1

# 订阅者的客户端会显示如下消息
 1) "message"
2) "runoobChat"
3) "Redis PUBLISH test"
 1) "message"
2) "runoobChat"
3) "Learn redis by runoob.com"

gif 演示如下：

开启本地 Redis 服务，开启两个 redis-cli 客户端。
在第一个 redis-cli 客户端输入 SUBSCRIBE runoobChat，意思是订阅 runoobChat 频道。
在第二个 redis-cli 客户端输入 PUBLISH runoobChat “Redis PUBLISH test” 往 runoobChat 频道发送消息，这个时候在第一个 redis-cli 客户端就会看到由第二个 redis-cli 客户端发送的测试消息。

8. 事务

Redis 事务可以一次执行多个命令，并且带有以下三个重要的保证：

批量操作在发送 EXEC 命令前被放入队列缓存。
收到 EXEC 命令后进入事务执行，事务中任意命令执行失败，其余的命令依然被执行。
在事务执行过程，其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。

一个事务从开始到执行会经历以下三个阶段：

开始事务。
命令入队。
执行事务。

实例

以下是一个事务的例子，它先以 MULTI 开始一个事务，然后将多个命令入队到事务中，最后由 EXEC 命令触发事务，一并执行事务中的所有命令：

redis 127.0.0.1:6379> MULTI
OK

redis 127.0.0.1:6379> SET book-name "Mastering C++ in 21 days"
QUEUED

redis 127.0.0.1:6379> GET book-name
QUEUED

redis 127.0.0.1:6379> SADD tag "C++" "Programming" "Mastering Series"
QUEUED

redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS tag
QUEUED

redis 127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) "Mastering C++ in 21 days"
3) (integer) 3
4) 1) "Mastering Series"
   2) "C++"
   3) "Programming"

单个 Redis 命令的执行是原子性的，但 Redis 没有在事务上增加任何维持原子性的机制，所以 Redis 事务的执行并不是原子性的。

事务可以理解为一个打包的批量执行脚本，但批量指令并非原子化的操作，中间某条指令的失败不会导致前面已做指令的回滚，也不会造成后续的指令不做。

这是官网上的说明 From redis docs on transactions:

It’s important to note that even when a command fails, all the other commands in the queue are processed – Redis will not stop the processing of commands.

比如：

redis 127.0.0.1:7000> multi
OK
redis 127.0.0.1:7000> set a aaa
QUEUED
redis 127.0.0.1:7000> set b bbb
QUEUED
redis 127.0.0.1:7000> set c ccc
QUEUED
redis 127.0.0.1:7000> exec
1) OK
2) OK
3) OK

如果在 set b bbb 处失败，set a 已成功不会回滚，set c 还会继续执行。

9. 脚本

Redis 脚本使用 Lua 解释器来执行脚本。 Redis 2.6 版本通过内嵌支持 Lua 环境。执行脚本的常用命令为 EVAL。

redis 127.0.0.1:6379> EVAL "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2 key1 key2 first second

1) "key1"
2) "key2"
3) "first"
4) "second"

10 GEO

Redis GEO 主要用于存储地理位置信息，并对存储的信息进行操作，该功能在 Redis 3.2 版本新增。

Redis GEO 操作方法有：

geoadd：添加地理位置的坐标。
geopos：获取地理位置的坐标。
geodist：计算两个位置之间的距离。
georadius：根据用户给定的经纬度坐标来获取指定范围内的地理位置集合。
georadiusbymember：根据储存在位置集合里面的某个地点获取指定范围内的地理位置集合。
geohash：返回一个或多个位置对象的 geohash 值。

redis> GEOADD Sicily 13.361389 38.115556 "Palermo" 15.087269 37.502669 "Catania"
(integer) 2
redis> GEODIST Sicily Palermo Catania
"166274.1516"
redis> GEORADIUS Sicily 15 37 100 km
1) "Catania"
redis> GEORADIUS Sicily 15 37 200 km
1) "Palermo"
2) "Catania"
redis>

11 Redis Stream

Redis Stream 是 Redis 5.0 版本新增加的数据结构。

Redis Stream 主要用于消息队列（MQ，Message Queue），Redis 本身是有一个 Redis 发布订阅 (pub/sub) 来实现消息队列的功能，但它有个缺点就是消息无法持久化，如果出现网络断开、Redis 宕机等，消息就会被丢弃。

简单来说发布订阅 (pub/sub) 可以分发消息，但无法记录历史消息。

而 Redis Stream 提供了消息的持久化和主备复制功能，可以让任何客户端访问任何时刻的数据，并且能记住每一个客户端的访问位置，还能保证消息不丢失。

Redis Stream 的结构如下所示，它有一个消息链表，将所有加入的消息都串起来，每个消息都有一个唯一的 ID 和对应的内容：

每个 Stream 都有唯一的名称，它就是 Redis 的 key，在我们首次使用 xadd 指令追加消息时自动创建。

上图解析：

Consumer Group ：消費群組，使用 XGROUP CREATE 指令創建，一個消費群組有多個消費者(Consumer)。
last_delivered_id ：遊標，每個消費群組會有個遊標 last_delivered_id，任一消費者讀取了訊息都會使遊標 last_delivered_id 往前移動。
pending_ids ：消費者(Consumer)的狀態變量，作用是維護消費者的未確認的 id。 pending_ids 記錄了目前已經被客戶端讀取的訊息，但是還沒有 ack (Acknowledge character：確認字元）。

Redis 管線技術

Redis是一種基於客戶端-服務端模型以及請求/回應協定的TCP服務。這表示通常情況下一個請求會遵循以下步驟：

客戶端向服務端發送查詢請求，並監聽Socket返回，通常是以阻塞模式，等待服務端回應。
服務端處理指令，並將結果傳回給客戶端。

Redis 管道技術

Redis 管道技術可以在服務端未回應時，客戶端可以繼續向服務端發送請求，並最終一次讀取所有服務端的響應。

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