【Redis】背景知识 + 环境搭建

背景知识 + 环境搭建

• 一. Redis 特性
• 二. Redis 应用场景
• 三. 环境搭建
• 四. Redis 客户端介绍
• 五. Redis 总结

Redis 是一个在内存中存储数据的中间件，用于作为数据库，用于作为数据缓存，用于作为消息队列，在分布式系统中能够大展拳脚。

一. Redis 特性

• 在内存中存储数据：
  • MySQL 主要通过 “表” 的方式来存储组织数据的，称为 “关系型数据库”。
  • Redis 主要通过 “键值对” 的方式来存储组织数据的，key 都是 strings，value 可以是 strings、hashes、lists、sets 等，称为 “非关系型数据库”。
• 可编程的：
  • 针对 Redis 的操作，可以直接通过简单的交互命令进行操作，也可以通过一些脚本 (Lua) 的方式，批量执行一些操作。
• 扩展能力：
  • 可以在 Redis 原有的功能基础之上再进行扩展，Redis 提供了一组 API (本质上就是动态链接库)，通过 C/C++、Rust 语言编写 Redis 扩展。
  • 自己去扩展 Redis 的功能，比如：Redis 自身已经提供了很多的数据结构和命令，通过扩展让 Redis 支持更多的数据结构已经支持更多的命令。
• 持久化：
  • Redis 是把数据存储在内存上的，但是内存的数据是 “易失” 的，进程退出/系统重启，数据就丢失了。
  • Redis 会把数据存储在硬盘上，内存为主，硬盘为辅，硬盘相当于对内存的数据备份了一下，如果 Redis 重启了，就会在重启的时候加载硬盘中的备份数据，使 Redis 的内存恢复到重启前的状态。
• 集群：
  • Redis 作为分布式系统中的中间件，能够支持集群的很关键的，水平扩展，类似于 “分库分表”。
  • Redis 能存储的数据是有限的 (内存空间有限)，引入多个主机，部署多个 Redis 节点，每个 Redis 存储数据的一部分。
• 高可用：
  • Redis 自身也是支持 “主从” 结构的，从节点相当于主节点的备份，主节点如果挂了，从节点就开始发挥作用。
• 速度快：
  • Redis 存储的数据在内存中，就比访问硬盘的数据库要快很多。
  • Redis 核心功能都是比较简单的逻辑，核心功能都是比较简单的操作内存中的数据结构。
  • Redis 从网络角度上，使用的是 IO 多路复用的方式 (epoll)，使用一个线程管理很多个 socket
  • Redis 使用的是单线程模型 (虽然更高版本的 Redis 引入了多线程)，这样的单线程，减少了不必要的线程之间的竞争开销。多线程提高效率的前提是，CPU 密集型任务，使用多个线程可以充分的利用 CPU 多核资源，但是 Redis 的核心任务，主要就是操作内存的数据结构，不会吃很多的 CPU 资源。
  • Redis 使用的是 C 语言开发的，相较于其他语言效率要快。

二. Redis 应用场景

• 数据库：
  • 大多数情况下，考虑到数据存储，优先考虑的是 “大”，但是仍然有一些场景，考虑的是 “快”。
  • 搜索引擎：广告搜索 (商业搜索)，对于性能的要求是非常高的，搜索系统中没有使用 MySQL 这样的数据库。而是把所有需要检索的数据都存储在内存中，使用的就是类似于 Redis 这样的内存数据库来完成的，在某些场景下，需要对 Redis 进行优化，所以需要研发类似于 Redis 这样的内存数据库。
  • 当然使用这样的数据库，存储大量的数据，需要不少的硬件资源，一般都是一些大厂。
  • Redis 存储的是全量数据，这里的数据是不能够随便丢失的。
• 缓存：
  • 使用 MySQL 存储数据量大，但是慢，遵循 “二八原则”，把热点数据存储在 Redis 中。
  • Redis 存储的是部分热点数据，全量数据都是以 MySQL 为主的，哪怕 Redis 的数据没了，还可以从 MySQL 中加载回来。
  • 相较于数据库，更多的情况还是用 Redis 来作为缓存。
• 消息队列：
  • 此处的消息队列，不是 Linux 进程间通信的那个消息队列，而是一个消息队列服务器，基于这个可以实现网络版本的 “生产者消费者模型”。
  • 对于分布式系统来说，服务器和服务器之间，有时候页需要使用要 “生产者消费者模型”，优势：解耦合、削峰填谷。
  • 业界中也存在很多知名的消息队列，例如：RabbitMQ、Kafka、RocketMQ 等等，Redis 也是提供了消息队列的功能，如果当前场景中，对于消息队列的功能依赖不是很多，并且又不想引入额外的依赖，Redis 就可以作为一个选择。

缓存中还存在 session 存储：cookie 实现用户身份的保存，在浏览器中存储了一个用户的身份标识 sessionId，需要存储在应用服务器的 session 配合，服务器这里真正存储了用户数据。

• 如果如上图，会话存储在不同的应用服务器中的话，如果一个用户登入时，会话存储在应用服务器1中，那么第二次登入时，会话就可能存储在应用服务器2中，此时需要重新登入，这样用户的体验就不太好。
• 解决方案：
  • 想办法让负载均衡器，把同一个用户的请求始终打到同一台机器上 (不能用轮询了，而是通过 userId 之类的方式来分配机器，求余数)
  • 把会话数据单独拎出来，放到独立的机器上 (Redis)，应用服务器重启后，会话不会丢失，如下图所示：

Redis 不能做的事情：无法存储大规模的数据。

三. 环境搭建

我们安装 Redis 5.0 版本，原因是 5.0 已经支持了大部分的功能特性，而且相比较于 7.0 版本，更容易进行安装使用。开始学习的时候，现在本机上安装，后面学到 Redis 集群相关的功能的时候，再使用 Docker 安装。

配置文件：很多软件都是有配置文件的，一个很大的软件，里面包含很多的功能，有很多可以定制化的操作，就可以通过配置文件选择开启或关闭设定某些功能。

四. Redis 客户端介绍

Redis 与 MySQL 一样，也是一个 客户端-服务器 结构的程序，Redis 客户端与服务端的交互过程如下：

Redis 客户端和服务器可以在同一台主机上，也可以在不同的主机上，Redis 客户端否则发送请求给 Redis 服务器，Redis 服务器负责存储和管理数据，同时执行 Redis 客户端发来的命令，并返回结果给 Redis 客户端。

Redis 客户端也有很多种形态：

• Redis 自带的命令行客户端。
  • redis-cli 登入 Redis 客户端。
  • redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 登入 Redis 客户端。
• 图形化界面的客户端 (桌面程序，Web 程序)
  • 这样的图形化程序，依赖 Windows 系统，而未来在实际工作中，用来办公的 Windows 系统，连接到服务器肯呢个会有诸多限制，你的 Windows 上的图形化界面客户端能不能连接上服务器的 Redis，是个未知数，和 MySQL 同理，中间可能会经历很多的跳板机、堡垒机、权限校验。
• 基于 Redis 的 API 自行开发 Redis 客户端 (工作中最主要的形态)
  • 非常类似于 MySQL 的 C 语言 API 开发的 MySQL 客户端。

五. Redis 总结

• 我们谈到的 Redis 的速度快，是相对于 MySQL 这样的关系型数据库，但是如果是直接和内存中操作的变量相比，就没有优势了，甚至更慢了！
• 比如，应用程序中药存储一些数据，用户点赞量，视频 id，点赞个数，通过 “键值对” 的方式存储，用 Redis 存储是先通过网络，再操作内存，而直接在内存中使用 unordered_map 是直接操作内存。
• 是否要使用 Redis，需要结合业务需求来确定，引入 Redis 的缺点会更慢，但是有了 Redis 之后，就可以把数据单独存储，后续应用服务器重启，不会影响到数据内容，未来要扩展成分布式系统，使用 Redis 是更佳的。
• 是否引入一个技术，一定要想清楚来龙去脉，想清楚能够解决啥问题，引入了啥问题，千万不能无脑使用。