初學(xué)Redis（1）――認(rèn)識(shí)Redis

        Redis官網(wǎng)對(duì)Redis的定義是：“Redis is an open source, BSD licensed, advanced key-value cache and store”，可以看出，Redis是一種鍵值系統(tǒng)，可以用來(lái)緩存或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。Redis是“Remote Dictionary Server”（遠(yuǎn)程字典服務(wù)）的縮寫，提供了字符串（string），列表（list），哈希（hash），集合（set）和有序集合（sorted set）等5種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使它成為一種便于使用的鍵值系統(tǒng)。

        作為Redis提供的最簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，字符串示意圖及其常用命令如下圖所示：

圖1

        可見(jiàn)，Redis字符串類型實(shí)際上類似于C++中的map，一個(gè)鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)值。列表類型則是一種相對(duì)高級(jí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其示意圖和常用命令如下圖所示：

圖2

        列表實(shí)際上由一個(gè)雙向鏈表實(shí)現(xiàn)，所以在列表兩端插入或刪除數(shù)據(jù)效率極高，可以用于實(shí)現(xiàn)類似于微博、人人網(wǎng)上的“新鮮事”功能。 Redis提供的一個(gè)更有趣的結(jié)構(gòu)稱為哈希，其示意圖和常用命令如下圖所示：

圖3

        一個(gè)哈希實(shí)際上是一組鍵值對(duì)的集合，哈希本身的鍵是“父鍵”，哈希中包含的若干字段是“子鍵”，每個(gè)“子鍵”都有相應(yīng)的值。“子鍵”之間并沒(méi)有一定的聯(lián)系，但是它們共同組成了一個(gè)完整的哈希結(jié)構(gòu)。我們可以把一個(gè)哈希看做關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的一行，哈希的每個(gè)子鍵對(duì)應(yīng)行的一個(gè)字段。因此，當(dāng)把關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)緩存至Redis時(shí)，使用哈希結(jié)構(gòu)可能會(huì)帶來(lái)方便。需要注意的是，哈希結(jié)構(gòu)內(nèi)部的子鍵之間是沒(méi)有順序關(guān)系的。Redis提供的另一個(gè)無(wú)順序關(guān)系的結(jié)構(gòu)是集合，其示意圖和常用命令如下圖所示：

圖4

        集合中的數(shù)據(jù)滿足唯一性和無(wú)序性。集合在Redis內(nèi)部是用哈希表實(shí)現(xiàn)的，所以插入和刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度均為O(1)。Redis為集合提供了求交并差等運(yùn)算命令，使用起來(lái)非常方便。與集合密切相關(guān)的另一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是有序集合，其示意圖和常用命令如下圖所示：

圖5

        有序集合與集合的最大差異在于有序集合中的每個(gè)數(shù)據(jù)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)，集合中的元素就是按照這些分?jǐn)?shù)進(jìn)行排序的。從結(jié)構(gòu)功能和使用方法上來(lái)看，有序集合可能是Redis提供的5種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中最高級(jí)的一種。

        Redis是一種內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，這使其在數(shù)據(jù)存取效率方面表現(xiàn)突出。由于內(nèi)存中的數(shù)據(jù)時(shí)刻面臨丟失的危險(xiǎn)，Redis提供了兩種持久化機(jī)制，及時(shí)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入硬盤。第一種機(jī)制為RDB，利用存儲(chǔ)快照的方式把內(nèi)存數(shù)據(jù)定期寫入硬盤；第二種機(jī)制為AOF，利用寫日志的方式，每執(zhí)行一條更改Redis數(shù)據(jù)的命令，就在日志里附加上該命令并保存在硬盤上。Redis默認(rèn)開(kāi)啟RDB模式，關(guān)閉AOF模式，這是因?yàn)锳OF更加耗時(shí)。但是，如果對(duì)數(shù)據(jù)安全要求極高，無(wú)法承擔(dān)任何數(shù)據(jù)丟失的后果，AOF模式就變成了持久化的首選。

        當(dāng)然，即使Redis具備持久化機(jī)制，但是一旦本地硬盤損壞，數(shù)據(jù)丟失依然在所難免。所以，Redis又提供了復(fù)制功能，作用是將一個(gè)主數(shù)據(jù)庫(kù)（master）的數(shù)據(jù)自動(dòng)同步到多個(gè)從數(shù)據(jù)庫(kù)（slave），從而盡可能防止數(shù)據(jù)丟失。Redis主從機(jī)制可以簡(jiǎn)單描述為：從數(shù)據(jù)庫(kù)啟動(dòng)后，先向主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送SYNC命令；主數(shù)據(jù)庫(kù)接到SYNC命令后就開(kāi)始保存快照，在此期間，所有發(fā)給主數(shù)據(jù)庫(kù)的命令都被緩存起來(lái)；快照保存完成后，主數(shù)據(jù)庫(kù)把快照和緩存的命令一起發(fā)給從數(shù)據(jù)庫(kù)；從數(shù)據(jù)庫(kù)保存主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)來(lái)的快照文件，并依次執(zhí)行主數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)來(lái)的緩存命令。在同步過(guò)程中，從數(shù)據(jù)庫(kù)不會(huì)阻塞，它默認(rèn)使用同步之前的數(shù)據(jù)繼續(xù)響應(yīng)客戶端發(fā)來(lái)的命令。

        事務(wù)是Redis提供的特性之一。首先利用MULTI命令通知Redis，接下來(lái)的若干命令屬于同一事務(wù)；然后輸入若干命令，這些命令都被放入命令隊(duì)列而不會(huì)被立即執(zhí)行；最后，利用EXEC命令通知Redis，屬于同一事務(wù)的所有命令均已輸入完成，現(xiàn)在開(kāi)始執(zhí)行該事物。屬于同一個(gè)事務(wù)的所有有效命令或者全部被執(zhí)行，或者全部不執(zhí)行，且在執(zhí)行過(guò)程中不會(huì)插入其他命令。管道（pipeline）是Redis提供的另一個(gè)特性。該特性使Redis能夠一次性接收多個(gè)命令，執(zhí)行之后再一次性返回結(jié)果。這樣能夠減少客戶端與Redis服務(wù)器的通信次數(shù)，從而降低往返時(shí)延。

        除事務(wù)和管道以外，Redis還提供了很多其他特性，如設(shè)置鍵的過(guò)期時(shí)間，利用BLPOP/BRPOP命令實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，利用PUBLISH/SUBSCRIBE命令實(shí)現(xiàn)消息訂閱和發(fā)布等，這里不再贅述。

        Redis由ANSI C寫成，能夠運(yùn)行在包括Linux和OS X在內(nèi)的大部分POSIX系統(tǒng)上，官方推薦的操作系統(tǒng)為L(zhǎng)inux。Redis沒(méi)有官方的Windows版本，但是微軟移植并維護(hù)了一個(gè)能夠運(yùn)行在Windows上的Redis并放在github上（https://github.com/MSOpenTech/redis）。

        Redis的編程接口被稱為客戶端（clients），絕大部分主流編程語(yǔ)言都有官方推薦的客戶端。下圖中，具有Redis官方推薦客戶端的語(yǔ)言標(biāo)為綠色，沒(méi)有官方推薦客戶端的標(biāo)為藍(lán)色：

圖6

        由于Redis沒(méi)有官方推薦的C++客戶端，因此可以使用C客戶端予以代替。官方推薦的C客戶端是hiredis，可以從github上找到（https://github.com/redis/hiredis）。

        作為一款功能強(qiáng)大，效率極高的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，Redis已被包括新浪微博，知乎，Stackoverflow，暴雪和Flickr在內(nèi)的多家公司成功用于實(shí)戰(zhàn)。

注：圖1-5均來(lái)自《Redis in Action》,Josiah L.Carlson, Manning Publications, 2013

參考文獻(xiàn)：

1. 李子驊，Redis入門指南，人民郵電出版社，2013年5月第1版

2.Josiah L.Carlson, Redis in Action, Manning Publications, 2013

3. Redis官方網(wǎng)站http://www.redis.io

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