很多開源項目中都使用了redis,這些項目為什么使用redis秘通？使用redis有什么好處为严？怎么使用redis充易？帶著這些疑問梗脾，我們來了解一下redis。

一盹靴、什么是Redis

Redis是一個免費開源用于內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)服務(wù)器，可用作數(shù)據(jù)庫稿静，高速緩存和消息隊列代理。它支持字符串改备、哈希表控漠、列表、集合悬钳、有序集合等數(shù)據(jù)類型。它支持多種集群部署默勾，輔助項目達(dá)到更高的性能。

二母剥、Redis的結(jié)構(gòu)

Redis 數(shù)據(jù)類型分為：字符串形导、哈希、列表朵耕、集合、有序集合等五種類型阎曹。

1.String（字符串）

字符串類型是redis中最基本的數(shù)據(jù)類型，一個key對應(yīng)一個value芬膝。字符串類型實際上可以是字符串（簡單的字符串、復(fù)雜的字符串（xml锰霜、json）桐早、數(shù)字（整數(shù)癣缅、浮點數(shù)）哄酝、二進(jìn)制（圖片、音頻陶衅、視頻））等，但最大不能超過512M搀军。

2.Hash（哈希）

哈希類型是一個Map，我們知道redis本身就是鍵值對結(jié)構(gòu)罩句，哈希結(jié)構(gòu)就是“值”也充當(dāng)鍵值對結(jié)構(gòu)，如 value={{value-a1,value-b1},......value-an,value-bn}}

3.list（鏈表）

列表類型是用來儲存多個有序的字符串门烂，列表中的每個字符串成為元素（element）,一個列表最多可以儲存2的32次方-1個元素，在redis中屯远，可以隊列表兩端插入（pubsh）和彈出（pop），還可以獲取指定范圍的元素列表慨丐、獲取指定索引下表的元素等，列表是一種比較靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)咖气，它可以充當(dāng)棧和隊列的角色，在實際開發(fā)中有很多應(yīng)用場景崩溪。

4.Set（集合）

集合類型也是用來保存多個字符串的元素，但和列表不同的是集合中不允許有重復(fù)的元素伶唯，并且集合中的元素是無序的，不能通過索引下標(biāo)獲取元素乳幸，redis除了支持集合內(nèi)的增刪改查，同時還支持多個集合取交集粹断、并集、差集瓶埋，并合理的使用好集合類型

5.zset （有序集合）

有序集合也是用來保存多個字符串的元素，跟集合的區(qū)別在于养筒，有序集合中的元素是可以排序的，它給每個元素設(shè)置一個分?jǐn)?shù)晕粪，作為排序的依據(jù)。

三巫湘、Redis的三種集群模式

Redis的三種集群模式主要是：主從模式（redis2.8版本之前的模式）、哨兵sentinel模式（redis2.8及之后的模式）和redis cluster集群模式（redis3.0版本之后）剩膘。

1、主從模式（master-slave）

（1）模式來源：

同Mysql主從復(fù)制的原因一樣畏梆，Redis雖然讀取寫入的速度都特別快，但是也會產(chǎn)生讀壓力特別大的情況奠涌。為了分擔(dān)讀壓力，Redis支持主從復(fù)制溜畅，在主從復(fù)制中，數(shù)據(jù)庫分為兩類：主數(shù)據(jù)庫(master)和從數(shù)據(jù)庫(slave)慈格。Redis的主從結(jié)構(gòu)可以采用一主多從或者級聯(lián)結(jié)構(gòu)怠晴，客戶端可對主數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作浴捆，對從數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀操作，主數(shù)據(jù)庫寫入的數(shù)據(jù)會實時自動同步給從數(shù)據(jù)庫选泻。

（2）工作機(jī)制：

當(dāng)主數(shù)據(jù)庫slave啟動后，主動向從數(shù)據(jù)庫master發(fā)送同步SYNC命令页眯。master接收到SYNC命令后在后臺保存快照（RDB持久化）和緩存保存快照這段時間的命令，然后將保存的快照文件和緩存的命令發(fā)送給slave窝撵。slave接收到快照文件和命令后加載快照文件和緩存的執(zhí)行命令。

復(fù)制初始化后忿族，master每次接收到的寫命令都會同步發(fā)送給slave，保證主從數(shù)據(jù)一致性道批。

（3）優(yōu)缺點

優(yōu)點：master能自動將數(shù)據(jù)同步到slave，可以進(jìn)行讀寫分離隆豹，分擔(dān)master的讀壓力；

master璃赡、slave之間的同步是以非阻塞的方式進(jìn)行的，同步期間碉考，客戶端仍然可以提交查詢或更新請求

缺點：不具備自動容錯與恢復(fù)功能。主從模式下侯谁，master節(jié)點在主從模式中唯一，若master掛掉墙贱，則redis無法對外提供寫服務(wù)，導(dǎo)致客戶端請求失敗惨撇，需要等待機(jī)器重啟或手動切換客戶端IP才能恢復(fù)；

master宕機(jī)报腔，如果宕機(jī)前數(shù)據(jù)沒有同步完株搔，則切換IP后會存在數(shù)據(jù)不一致的問題

難以支持動態(tài)擴(kuò)容榄笙，Redis的容量受限于單機(jī)配置邪狞。

?2茅撞、哨兵（Sentinel）

（1）模式來源：

主從模式的弊端就是不具備高可用性巨朦，當(dāng)master掛掉以后，Redis將不能再對外提供寫入操作糊啡，因此sentinel應(yīng)運而生。sentinel中文含義為哨兵棚蓄，顧名思義，它的作用就是監(jiān)控redis集群的運行狀況梭依。那么如何得知某一臺redis服務(wù)器掛了，如何切換役拴，如何保證備份的機(jī)器是原始服務(wù)器的完整備份呢？這時候就需要Sentinel和Replication（復(fù)制）出場了河闰。Sentinel可以管理多個Redis服務(wù)器，它提供了監(jiān)控姜性，提醒以及自動的故障轉(zhuǎn)移的功能；Replication則是負(fù)責(zé)讓一個Redis服務(wù)器可以配備多個備份的服務(wù)器部念。Redis也是利用這兩個功能來保證Redis的高可用的。

在redis3.0以前的版本要實現(xiàn)集群一般是借助哨兵sentinel工具來監(jiān)控master節(jié)點的狀態(tài)印机，如果master節(jié)點異常，則會做主從切換多柑，將某一臺slave作為master，哨兵的配置略微復(fù)雜竣灌，并且性能和高可用性等各方面表現(xiàn)一般聂沙，特別是在主從切換的瞬間存在訪問瞬斷的情況初嘹，而且哨兵模式只有一個主節(jié)點對外提供服務(wù)，沒法支持很高的并發(fā)屯烦，且單個主節(jié)點內(nèi)存也不宜設(shè)置得過大，否則會導(dǎo)致持久化文件過大驻龟，影響數(shù)據(jù)恢復(fù)或主從同步的效率。

（2）工作機(jī)制：

每個Sentinel（哨兵）進(jìn)程以每秒鐘一次的頻率向整個redis集群中的master主服務(wù)器翁狐、slave從服務(wù)器以及其他的Sentinel（哨兵）進(jìn)程發(fā)送一個ping命令。

如果一個實例距離最后一次有效回復(fù)ping命令的時間超過down-after-milliseconds選項所指定的值則這個實例會被Sentinel標(biāo)記為主觀下線（SDOWN）露懒。

如是是master主服務(wù)器被標(biāo)記為SDOWN，則正在監(jiān)控這個服務(wù)器的所有Sentinel都要以每秒一次的頻率確認(rèn)服務(wù)器是否真的已經(jīng)進(jìn)入SDOWN(主觀下線狀態(tài))懈词。

當(dāng)有足夠數(shù)量（≥配置文件配置值）的Sentinel在指定的時間內(nèi)確認(rèn)了master進(jìn)入了SDOWN狀態(tài)，則master被標(biāo)記為ODOWN(客觀下線狀態(tài))钦睡。

在一般情況下，每個Sentinel會每10秒向redis 主服務(wù)器和從服務(wù)器發(fā)送Info命令荞怒。但是當(dāng)master被標(biāo)記為客觀下線時，頻率改為1秒一次衰抑。

若沒有足夠數(shù)量的Sentinel同意master服務(wù)器下線，則master的SDOWN狀態(tài)被移除呛踊，若master重新向Sentinel發(fā)送ping命令返回了有效回復(fù)，則master的SDOWN狀態(tài)被移除谭网。

（3）優(yōu)缺點

優(yōu)點：哨兵集群，基于主從復(fù)制模式愉择，所有的主從配置優(yōu)點，它都有主從可以切換锥涕，故障可以轉(zhuǎn)移衷戈，高可用性的系統(tǒng)哨兵模式就是主從模式的升級层坠，手動到自動，更加健壯破花；

缺點：Redis不好在線擴(kuò)容的，集群容量一旦到達(dá)上限座每，在線擴(kuò)容就十分麻煩，哨兵模式的配置繁瑣尺栖；

?3烦租、集群（Cluster ）

（1）模式來源：

sentinel模式基本可以滿足一般生產(chǎn)的需求，具備高可用性叉橱。但是當(dāng)數(shù)據(jù)量過大到一臺服務(wù)器存放不下的情況時，主從模式或sentinel模式就不能滿足需求了窃祝，這個時候需要對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分片，將數(shù)據(jù)存儲到多個Redis實例中粪小。單臺服務(wù)器資源的總是有上限的，CPU資源和IO資源我們可以通過主從復(fù)制探膊，進(jìn)行讀寫分離，把一部分CPU和IO的壓力轉(zhuǎn)移到從服務(wù)器上逞壁。但是內(nèi)存資源怎么辦，主從模式做到的只是相同數(shù)據(jù)的備份腌闯，并不能橫向擴(kuò)充內(nèi)存；單臺機(jī)器的內(nèi)存也只能進(jìn)行加大處理姿骏，但是總有上限的。所以我們就需要一種解決方案，可以讓我們橫向擴(kuò)展畅卓。cluster模式的出現(xiàn)就是為了解決單機(jī)Redis容量有限的問題蟋恬，將Redis的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的規(guī)則分配到多臺機(jī)器翁潘。

cluster可以說是sentinel和主從模式的結(jié)合體歼争，通過cluster可以實現(xiàn)主從和master重選功能，所以如果配置兩個副本三個分片的話沐绒，就需要六個Redis實例。因為Redis的數(shù)據(jù)是根據(jù)一定規(guī)則分配到cluster的不同機(jī)器的乔遮，當(dāng)數(shù)據(jù)量過大時，可以新增機(jī)器進(jìn)行擴(kuò)容蹋肮。

使用集群，只需要將redis配置文件中的cluster-enable配置打開即可坯辩。每個集群中至少需要三個主數(shù)據(jù)庫才能正常運行，新增節(jié)點非常方便漆魔。還有就是客戶端與redis節(jié)點直連,不需要中間代理層.客戶端不需要連接集群所有節(jié)點,連接集群中任何一個可用節(jié)點即可。

（2）工作機(jī)制：

在redis的每一個節(jié)點上改抡，有兩樣?xùn)|西我們比較關(guān)注，一個是插槽（slot）雀摘，它的取值范圍是：0~16383。還有一個就是cluster阵赠，它類似是一個集群管理的插件。當(dāng)我們的存取的key到達(dá)的時候清蚀，redis會根據(jù)特定的算法得出一個結(jié)果，然后把結(jié)果對16384求余數(shù)枷邪，這樣每個 key都會對應(yīng)一個編號在 0-16383 之間的哈希槽，通過這個值，去找到對應(yīng)的插槽所對應(yīng)的節(jié)點腹泌，然后直接自動跳轉(zhuǎn)到這個對應(yīng)的節(jié)點上進(jìn)行存取操作尔觉。

Redis Cluster 一般由多個節(jié)點組成幢妄，節(jié)點數(shù)量至少為 6 個才能保證組成完整高可用的集群，其中三個為主節(jié)點浆竭，三個為從節(jié)點拦止。三個主節(jié)點會分配槽报嵌，處理客戶端的命令請求贡未，而從節(jié)點可用在主節(jié)點故障后，頂替主節(jié)點俊卤。

（3）優(yōu)缺點

優(yōu)點：無中心架構(gòu)，數(shù)據(jù)按照slot分布在多個節(jié)點瘾蛋；

集群中的每個節(jié)點都是平等的關(guān)系矫限，每個節(jié)點都保存各自的數(shù)據(jù)和整個集群的狀態(tài)。每個節(jié)點都和其他所有節(jié)點連接叼风，而且這些連接保持活躍，這樣就保證了我們只需要連接集群中的任意一個節(jié)點无宿，就可以獲取到其他節(jié)點的數(shù)據(jù)；

可線性擴(kuò)展到1000多個節(jié)點孽鸡，節(jié)點可動態(tài)添加或刪除；

能夠?qū)崿F(xiàn)自動故障轉(zhuǎn)移彬碱，節(jié)點之間通過gossip協(xié)議交換狀態(tài)信息，用投票機(jī)制完成slave到master的角色轉(zhuǎn)換巷疼；

缺點：客戶端實現(xiàn)復(fù)雜，驅(qū)動要求實現(xiàn)Smart Client，緩存slots mapping信息并及時更新瓷患，提高了開發(fā)難度；slave充當(dāng)“冷備”擅编，不能緩解讀壓力；批量操作限制沙咏，目前只支持具有相同slot值的key執(zhí)行批量操作班套，對其他的如sunion肢藐、mset和mget等支持不是很好吱韭；

不支持多數(shù)據(jù)庫空間，單機(jī)redis可以支持16個db理盆，從db0到db15，而集群模式下只能使用一個猿规。

綜上所訴，主從模式和哨兵模式都不利于擴(kuò)展姨俩，系統(tǒng)的高可用性都依賴于master的內(nèi)存大小，哨兵模式在redis2.6開始支持环葵，2.8穩(wěn)定，cluster模式是redis可擴(kuò)展的模式张遭。

四、Redis的運用

Redis可用作數(shù)據(jù)庫菊卷，高速緩存和消息隊列代理，那么當(dāng)你打算使用它們這些功能的時候洁闰，可以考慮一下與其他產(chǎn)品的對比，選出一個更好用的铃芦。

1雅镊、redis與Mysql/Oracle數(shù)據(jù)庫比較

Mysql/Oracle等數(shù)據(jù)庫可以將數(shù)據(jù)保存數(shù)據(jù)庫當(dāng)中刃滓，應(yīng)用啟動以后建立數(shù)據(jù)庫連接就可以通過代碼邏輯對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行中增刪改查。而Redis也是可以做為數(shù)據(jù)庫來使用的咧虎，它可以看做一個key/value型數(shù)據(jù)庫，Redis會根據(jù)配置定時將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到硬盤中砰诵，但我們在項目中一般不會將Redis直接當(dāng)作數(shù)據(jù)庫來使用，主要原因在于：

（1）Redis只能存儲key/value類型茁彭，雖然value的類型可以有多種，但是對于關(guān)聯(lián)性的記錄查詢理肺，沒有Oracle/Mysql方便。

（2）Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)寫入硬盤有一定的時間間隔妹萨，在這個間隔內(nèi)數(shù)據(jù)可能會丟失，安全性不高乎完。

2、redis高速緩存

redis做為高速緩存霍弹，這也是redis應(yīng)用最廣的地方。 對于那些經(jīng)常被查詢,不經(jīng)常被修改和刪除的數(shù)據(jù)，利用Redis緩存可以提升網(wǎng)站的訪問速度,大大降低數(shù)據(jù)庫的壓力岛宦。redis作為高速緩存，帶來這么大的優(yōu)勢的同時也存在一定的弊端砾肺，因為Redis是存放在內(nèi)存中的,就會導(dǎo)致內(nèi)存占用過高,另外持久化的代價也過高。

相比于其他的緩存工具变汪，比如Ehcache和Memcached，開源項目使用redis的比例還是要略高一點裙盾，redis同這些緩存工具相比他嫡，有以下特征或者優(yōu)勢：

（1）結(jié)構(gòu)簡單庐完，key/value型數(shù)據(jù)庫钢属，賦值取值方式簡單门躯。但同時它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又非常豐富，它支持字符串讶凉、哈希表、列表懂讯、集合、位圖等數(shù)據(jù)類型域醇。

（2）支持多語言集成，redis發(fā)展到今天譬挚，Redis客戶端支持多種語言，包括：C盐须、C++、C#漆腌、php、java塑径、python、go等語言统舀，根據(jù)自己的開發(fā)語言，選擇合適的redis client版本類型即可誉简。并且每一種語言下還包括多種類型可供選擇，比如Java語言闷串，redis client提供了諸如Jedis筋量、Redisson烹吵、JRedis、JDBC-Redis年叮、RJC、redis-protocol一姿、aredis、lettuce等類型可供選擇叮叹，目前比較推薦使用的是Jedis、Redisson蛉顽。

（3）支持直連模式先较，哨兵模式（Sentinal）携冤，集群模式等闲勺，用于負(fù)載均衡和容災(zāi)，具有高可用性菜循。

3、redis 持久化

redis的數(shù)據(jù)是存儲在內(nèi)存中的癌幕，如果搭載redis的服務(wù)器哪天突然心情不好，宕機(jī)不干活了勺远，就會導(dǎo)致所有的緩存都丟失了。雖然可以把Redis服務(wù)器重新上線厅瞎，但是由于內(nèi)存的數(shù)據(jù)丟失，造成了緩存雪崩，應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫的壓力一下子就上來了囊拜，對于一些并發(fā)很高的應(yīng)用，說不動此時就導(dǎo)致應(yīng)用崩潰無法訪問冠跷。這個時候Redis的持久化功能就派上用場了身诺，可以緩解一下緩存雪崩帶來的影響抄囚。redis的持久化指的是redis會把內(nèi)存的中的數(shù)據(jù)寫入到硬盤中霉赡，在redis重新啟動的時候加載這些數(shù)據(jù)幔托，從而最大限度的降低緩存丟失帶來的影響。

4重挑、做為消息隊列

Redis也是可以做為消息隊列的，對于一些要求不高的運用場景可以使用redis谬哀，redis具備發(fā)布訂閱功能。而如果專門來做消息隊列處理或者要求比較谦屑，那還是選擇更專業(yè)一點的Kafka、rabbitMQ等氢橙。