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RedisRemote Dictionary Server是一个开源的高性能键值对存储数据库最初由 Salvatore Sanfilippo 开发它在内存中存储数据并提供了持久化功能可以将数据保存到磁盘中是一种NoSQL(not-only sql,非关系型数据库)的数据库。
它的数据结构十分丰富基础数据类型包括string字符串、list列表双向链表、hash散列键值对集合、set集合不重复和 sorted set有序集合这使得它不仅仅是一个简单的键值存储还可以用于存储和处理复杂的数据。
数据类型和底层结构的对应关系
stringlisthashsetsorted set简单动态字符串双向链表、压缩链表压缩链表、哈希表压缩链表、整数数组压缩链表、跳表
底层实现的时间复杂度
跳表双向链表压缩链表哈希表整数数组O(logN)O(N)O(N)O(1)O(N)
可以看出除了 string 类型的底层实现只有一种数据结构其他四种均有两种底层实现这四种类型为集合类型其中一个键对应了一个集合的数据。
Redis 特点/优势
Redis 具备许多特点和优势所以在大规模应用和高并发场景中得到广泛应用。 丰富的数据结构Redis 支持多种数据结构包括字符串String、哈希Hash、列表List、集合Set、有序集合Sorted Set等。每种数据结构都有丰富的操作命令可以方便地对数据进行存储和处理。 持久化Redis 提供了两种持久化方式RDBRedis Database和 AOFAppend Only File。RDB 是将数据库在指定时间点转储到磁盘的快照持久化方式AOF 是将写操作追加到文件末尾的日志持久化方式。这两种方式可以根据需求进行选择保证数据在服务器重启后不会丢失。 高性能Redis 是一种内存数据库数据存储在内存中因此读写速度非常快。它采用单线程模型避免了多线程带来的竞争问题使得 Redis 能够充分利用 CPU 和内存资源。 支持事务Redis 支持事务操作可以将多个命令打包执行保证这些命令要么全部执行成功要么全部失败保持数据的一致性。虽然 Redis 在单个命令的执行上是原子性的但是多个命令的组合并不是原子性的通过事务可以实现一组命令的原子性执行。 高可用与分布式Redis 支持主从复制、哨兵和集群等功能可以构建高可用和分布式的 Redis 架构。主从复制可以实现数据的热备份和读写分离哨兵可以监控 Redis 的健康状态并进行自动故障转移集群可以将数据分布在多个节点上提高性能和扩展性。 发布订阅Redis 支持发布订阅模式可以实现消息的发布和订阅。发布者将消息发布到指定的频道订阅者可以订阅感兴趣的频道并接收相应的消息实现了解耦和实时通信。
Redis 为什么很快 内存存储Redis将数据存储在内存中而不是像传统的磁盘存储数据库那样将数据写入到硬盘上。由于内存的读写速度远远快于磁盘因此Redis能够实现极快的读写性能。 单线程模型Redis采用单线程模型每个Redis实例都由单个主线程来处理所有的客户端请求。虽然单线程看起来似乎会限制其性能但这实际上是Redis的一大优势。单线程模型消除了多线程之间的竞争和锁等开销使得Redis能够充分利用CPU资源并且避免了多线程带来的复杂性。此外Redis在内部使用了I/O多路复用技术例如epoll或kqueue来处理并发请求使得单线程能够同时处理多个客户端连接。 非阻塞IORedis使用了非阻塞IO也就是在读写操作时不会阻塞其他操作。在读取数据时如果内存中没有所需的数据Redis会立即返回一个空结果而不会等待数据从磁盘加载进来。这样即使在高并发情况下Redis也能够快速地响应请求。 高效的数据结构Redis支持多种高效的数据结构比如字符串、哈希、列表、集合、有序集合等。这些数据结构的设计和实现都非常高效能够在常量时间内完成查找、插入、删除等操作保证了Redis的高速性能。 异步操作Redis支持异步操作比如异步持久化和异步复制。异步操作能够让Redis在进行磁盘持久化和主从复制时不会阻塞其他操作提高了整体的性能。 优化的网络协议Redis使用RESPRedis Serialization Protocol作为网络协议RESP是一种简单、高效的二进制协议。RESP协议的设计使得网络传输的数据量尽可能地减少减少了网络传输的开销提高了性能。 原子性操作Redis支持很多原子性操作比如INCR、DECR、SETNX等。原子性操作能够在一条命令中完成多个操作而且这些操作是不可中断的保证了数据的一致性。
应用场景
由于 Redis 具备高性能、丰富的数据结构和多种特性它的主要应用场景如下 缓存作为缓存数据库Redis 可以将经常访问的数据存储在内存中避免频繁读写数据库提高应用的响应速度。缓存可以存储热点数据减轻后端数据库的压力提高系统的吞吐量。 计数器利用 Redis 的原子性操作可以实现高效的计数器功能比如网站的点赞、浏览次数等统计功能。由于 Redis 原子性操作的特性计数器的更新可以并发执行而不会出现竞争问题。 消息队列Redis 的发布订阅功能和列表数据结构可以实现简单的消息队列用于解耦系统的各个模块。生产者将消息发布到指定频道消费者订阅感兴趣的频道并处理消息实现异步消息传递。 排行榜使用有序集合数据结构可以实现排行榜功能比如游戏中的玩家排名。通过有序集合的分数属性可以对玩家的得分进行排序和排名实时显示排行榜。 会话缓存在 Web 应用中可以使用 Redis 存储用户的会话数据实现分布式会话管理。用户登录后可以将会话数据存储在 Redis 中从而实现多台服务器之间的会话共享。
如何安装和使用
安装 Redis 非常简单可以通过官方网站下载源代码进行编译安装也可以使用包管理工具安装。对于 Ubuntu 系统可以使用以下命令安装 Redis
bashCopy codesudo apt update
sudo apt install redis-server安装完成后可以使用以下命令启动 Redis 服务
bashCopy code
sudo systemctl start redis-server连接 Redis 服务器可以使用 redis-cli 命令行工具
bashCopy code
redis-cli5. 常用命令 设置键值对
bashCopy code
SET key value获取键值对
bashCopy code
GET key设置过期时间
bashCopy code
SETEX key seconds value删除键
bashCopy code
DEL key使用列表
bashCopy codeLPUSH list_key value1 value2 value3 # 从左侧插入元素
RPUSH list_key value4 value5 # 从右侧插入元素
LRANGE list_key 0 -1 # 获取所有元素总结
Redis 是一款功能强大且广泛应用于各种场景的内存数据库。它的快速读写性能、丰富的数据结构和多种特性使得它成为处理高速数据和构建高可用、分布式系统的理想选择。无论是作为缓存、计数器、消息队列还是会话缓存Redis 都能发挥出色的性能。
