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一、思维导图总结
二、Redis 简介
Redis是C语言开发的一个开源的（遵从BSD协议）高性能键值对（key-value）的内存数据库，可以用作数据库、缓存、消息中间件等。它是一种NoSQL（not-only sql，泛指非关系型数据库）的数据库。
Redis 与 其他 key - value 缓存产品有以下三个特点：
- Redis 支持数据持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。
- Redis 不仅仅支持简单的 key - value 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
三、Redis 优势
- 性能优秀 - 数据在内存中，读写速度非常快，支持并发10W QPS；
- 丰富的数据类型 - Redis 支持二进制案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 数据类型操作。
- 原子性 - Redis 的所有操作都是原子性的，意思就是要么成功执行要么失败完全不执行。单个操作是原子性的。多个操作也支持事务，即原子性，通过 MULTI 和 EXEC 指令包起来。
- 单进程单线程 - 是线程安全的，采用IO多路复用机制。
- 支持数据持久化 - 可以将内存中数据保存在磁盘中，重启时加载；
- 其他特性 - Redis 还支持key 过期，主从复制，哨兵等特性。
- 可以用作分布式锁
- 可以作为消息中间件，支持发布订阅
三、Redis 数据类型
首先redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value，redisObject最主要的信息如上图所示：type表示一个value对象具体是何种数据类型，encoding是不同数据类型在redis内部的存储方式。比如：type=string表示value存储的是一个普通字符串，那么encoding可以是raw或者int。
Redis 支持 5 中数据类型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合），zset（sorted set：有序集合）
1.string
string 是 redis 最基本的数据类型。一个 key 对应一个 value。
string 是二进制安全的。也就是说 redis 的 string 可以包含任何数据。比如 jpg 图片或者序列化的对象。
string 类型是 redis 最基本的数据类型，string 类型的值最大能存储 512 MB。
常用命令：
2.hash
Redis hash 是一个键值对（key - value）集合。
Redis hash 是一个 string 类型的 key 和 value 的映射表，hash 特别适合用于存储对象。
hash与 string 区别：string 是 一个 key - value 键值对，而 hash 是多个 key - value 键值对。
常用命令： hget,hset,hgetall
3.list
Redis 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。我们可以往列表的左边或者右边添加元素。
list 就是一个简单的字符串集合，和 Java 中的 list 相差不大，区别就是这里的 list 存放的是字符串。list 内的元素是可重复的。
应用场景： list应用场景非常多，也是Redis最重要的数据结构之一，比如twitter的关注列表，粉丝列表都可以用list结构来实现。
数据结构： list就是链表，可以用来当消息队列用。redis提供了List的push和pop操作，还提供了操作某一段的api，可以直接查询或者删除某一段的元素。
实现方式： redis list的是实现是一个双向链表，既可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了额外的内存开销。
常用命令： lpush、rpush、lpop、rpop、lrange
4.set
redis 的 set 是字符串类型的无序集合。集合是通过hashtable实现的，因此添加、删除、查找的复杂度都是 O（1）。
redis 的 set 是一个 key 对应着 多个字符串类型的 value，也是一个字符串类型的集合
但是和 redis 的 list 不同的是 set 中的字符串集合元素不能重复，但是 list 可以。
应用场景： redis set对外提供的功能和list一样是一个列表，特殊之处在于set是自动去重的，而且set提供了判断某个成员是否在一个set集合中。
常用命令： sdd、spop、smembers、sunion
5.Zset
redis zset 和 set 一样都是 字符串类型元素的集合，并且集合内的元素不能重复。
不同的是，zset 每个元素都会关联一个 double 类型的分数。redis 通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。
zset 的元素是唯一的，但是分数（score）却可以重复。
使用场景： sorted set可以通过用户额外提供一个优先级（score）的参数来为成员排序，并且是插入有序的，即自动排序。当你需要一个有序的并且不重复的集合列表，那么可以选择sorted set结构。和set相比，sorted set关联了一个double类型权重的参数score，使得集合中的元素能够按照score进行有序排列，redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。
实现方式： Redis sorted set的内部使用HashMap和跳跃表(skipList)来保证数据的存储和有序，HashMap里放的是成员到score的映射，而跳跃表里存放的是所有的成员，排序依据是HashMap里存的score，使用跳跃表的结构可以获得比较高的查找效率，并且在实现上比较简单。
常用命令： zadd、zrange、zrem、zcard等。
6.数据类型应用场景总结
四、发布订阅
1.简介
Redis 发布订阅 (pub/sub) 是一种消息通信模式：发送者 (pub) 发送消息，订阅者 (sub) 接收消息。
Redis 客户端可以订阅任意数量的频道。
下图展示了频道 channel1 ， 以及订阅这个频道的三个客户端 —— client2 、 client5 和 client1 之间的关系：
当有新消息通过 PUBLISH 命令发送给频道 channel1 时， 这个消息就会被发送给订阅它的三个客户端：
注：一般不用 Redis 做消息发布订阅。
2.常用命令
五、事务
redis 事务一次可以执行多条命令，服务器在执行命令期间，不会去执行其他客户端的命令请求。
事务中的多条命令被一次性发送给服务器，而不是一条一条地发送，这种方式被称为流水线，它可以减少客户端与服务器之间的网络通信次数从而提升性能。
Redis 最简单的事务实现方式是使用 MULTI 和 EXEC 命令将事务操作包围起来。
- 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，其余命令依然被执行。也就是说 Redis 事务不保证原子性。
- 在事务执行过程中，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。
注：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。
2. 常用命令
-
DISCARD 取消事务，放弃执行事务块内的所有命令。
-
EXEC 执行所有事务块内的命令。
-
MULTI 标记一个事务块的开始。
-
UNWATCH 取消 WATCH 命令对所有 key 的监视。
-
WATCH key [key …]监视一个 (或多个) key ，如果在事务执行之前这个 (或这些) key 被其他命令所改动，那么事务将被打断。
六、持久化
Redis 是内存型数据库，为了保证数据在断电后不会丢失，需要将内存中的数据持久化到硬盘上。
1.RDB 持久化
将某个时间点的所有数据都存放到硬盘上。
可以将快照复制到其他服务器从而创建具有相同数据的服务器副本。
如果系统发生故障，将会丢失最后一次创建快照之后的数据。
如果数据量大，保存快照的时间会很长。
2.AOF 持久化
将写命令添加到 AOF 文件（append only file）末尾。
使用 AOF 持久化需要设置同步选项，从而确保写命令同步到磁盘文件上的时机。
这是因为对文件进行写入并不会马上将内容同步到磁盘上，而是先存储到缓冲区，然后由操作系统决定什么时候同步到磁盘。
选项同步频率：always每个写命令都同步；eyerysec每秒同步一次；no让操作系统来决定何时同步。
- always 选项会严重减低服务器的性能
- everysec 选项比较合适，可以保证系统崩溃时只会丢失一秒左右的数据，并且 Redis 每秒执行一次同步对服务器几乎没有任何影响。
- no 选项并不能给服务器性能带来多大的提升，而且会增加系统崩溃时数据丢失的数量。
随着服务器写请求的增多，AOF 文件会越来越大。Redis 提供了一种将 AOF 重写的特性，能够去除 AOF 文件中的冗余写命令。
七、复制
通过使用 slaveof host port 命令来让一个服务器成为另一个服务器的从服务器。
一个从服务器只能有一个主服务器，并且不支持主主复制。
1.连接过程
- 主服务器创建快照文件，即 RDB 文件，发送给从服务器，并在发送期间使用缓冲区记录执行的写命令。
- 快照文件发送完毕之后，开始向从服务器发送存储在缓冲区的写命令。
- 从服务器丢弃所有旧数据，载入主服务器发来的快照文件，之后从服务器开始接受主服务器发来的写命令。
- 主服务器每执行一次写命令，就向从服务器发送相同的写命令。
2.主从链
随着负载不断上升，主服务器无法很快的更新所有从服务器，或者重新连接和重新同步从服务器将导致系统超载。
为了解决这个问题，可以创建一个中间层来分担主服务器的复制工作。中间层的服务器是最上层服务器的从服务器，又是最下层服务器的主服务器。
八、哨兵
Sentinel（哨兵）可以监听集群中的服务器，并在主服务器进入下线状态时，自动从从服务器中选举处新的主服务器。
九、分片
分片是将数据划分为多个部分的方法，可以将数据存储到多台机器里面，这种方法在解决某些问题时可以获得线性级别的性能提升。
假设有 4 个 Redis 实例 R0, R1, R2, R3, 还有很多表示用户的键 user:1, user:2, … , 有不同的方式来选择一个指定的键存储在哪个实例中。
- 范围分片。例如用户 id 从 0 ~ 1000 的存储到实例 R0 中，用户 id 从 1001 ~ 2000 的存储到实例 R1中，等等。但是这样需要维护一张映射范围表，维护操作代价高。
- 哈希分片。使用 CRC32 哈希函数将键转换为一个数字，再对实例数量求模就能知道存储的实例。
根据执行分片的位置，可以分为三种分片方式：
- 客户端分片：客户端使用一致性哈希等算法决定应当分布到哪个节点。
- 代理分片：将客户端的请求发送到代理上，由代理转发到正确的节点上。
- 服务器分片：Redis Cluster。