以下介绍使用redis版本为5.0.4

简介

redis(remote dictionary server 远程字典服务器)是一个开源高性能的键值对数据库，通过提供多种键值数据类型来适应不同场景下的存储需求，并借助高层次的接口来胜任缓存、队列等角色。

功能

以字典结构存储数据，并允许其他应用通过tcp连接来读写字典中的内容。

支持的键值类型

• 字符串
• 散列类型
• 列表
• 集合
• 有序集合

相对于mysql等二维表形式存储数据的关系型数据库有点

• 存储数据更接近于程序中的数据，操作数据更方便
• 提供简洁、高效的操作
• 数据存储于内存中，相对于硬盘存储更为高效（提供有异步持久化写入硬盘）

缓存系统

redis提供有丰富的功能，通过给键值设置ttl(time to live)生存时间，可以作为缓存系统来实现，并且支持持久化和多种数据类型，因此与memcached缓存系统存在竞争关系。

redis是单线程，memcached是多线程，所以在多核服务器上，memcached的性能占优势，但是redis是高性能的，所以一般不会存在性能瓶颈，所以在不考虑性能的情况下，两者的使用选择，主要看使用场景，例如redis提供有多种数据类型和持久化功能，如果需要使用这些高级数据类型或者持久化能力，则可以选择redis

redis的列表类型键支持阻塞式读取，可以实现优先级队列。并且在更高层面支持“发布、订阅”的消息模式，因此可以构建聊天室等系统。

启动配置

通过redis-server命令可以在启动配置相关参数，例如--port <port>配置redis服务的端口号，如果参数较多，可以在redis-server后加配置文件路径，redis-server /redis/path/config，在配置文件后加参数可以覆盖配置文件中的配置 redis-server /redis/path/config --loglevel warning，在redis目录下存在一个配置模板

部分参数在启动后可以通过config命令动态修改，例如：config set loglevel warning

实例下数据库多个字典

redis服务器下有多个字典，类似于一个数据库实例可以有多个数据库，字典以编号排列，不能进行命名，从0开始，默认为16个。而且多个字典面向同一个客户端，即一个redis实例面向一个客户端，多个字典对于一个客户端，要么可以全部访问，要么一个都不能访问。所以建议一个redis实例对应存储一个应用的数据，可以将不同数据存储于多个字典中，不建议一个redis实例存储多个应用的数据，因为这些字典，或数据库不存在隔离性。

基础命令

del命令不支持通配符删除，可以通过keys命令拿到多个键名来作为输入进行一次删除，示例：
./redis-cli -p 6380 del `./redis-cli -p 6380 keys \*`

字符串类型

字符串作为redis中的基础类型，可以存储任意类型的字符串，包括二进制字符串，或者json化的对象，甚至一张图片，字符串类型键允许存储的最大容量是512M。

字符串类型是其他几种类型的基础，其他类型与字符串类型的不同只是组织字符串方式的差异，例如list列表类型只是以列表的形式来组织字符串，集合只是以集合的方式来组织字符串。

设置、获取键值

redis对于键的命名无要求，但推荐使用 对象类型:对象id:对象属性 来命名一个键，例如 user:1:friends 来存储用户id为1的好友列表，多个单词则使用.符号进行分隔

incr与decr

append添加字符串

strlen返回字符串长度

redis可以保存二进制数据，可以保存任何类型的字符串，对于中文，使用utf-8进行编码保存，一个中文字符对应三个字节长度

同时设置、获取多个键值

二进制位操作

散列类型

redis使用键值对形式的字典结构，散列类型也是一种键值对形式的字典结构，存储字段到字段值的映射，但字段值只能是字符串，不能是其他类型，即不支持嵌套类型，一个散列类型的键最多可以有个字段。

redis中其他类型同样不支持嵌套类型，例如集合中元素只能是字符串，不能是其他集合或列表类型

散列类型适合存储对象，使用对象和id作为键名，字段名作为属性，字段值作为属性值。该结构相对于关系型数据库的优点是，可以随意增删一个对象的属性，而不用像二维表结构那样修改表结构。

设置、获取属性值

散列类型不区分插入和更新，插入属性操作返回1，更新操作返回0，如果键不存在，则会自动创建

设置、获取多个属性值

判断属性是否存在

属性不存在时赋值

属性值增加数字

删除属性

获取键属性名、属性值

列表类型

redis列表内部使用双向链表实现，所以无论列表大小是多大，从头尾获取一定长度的数据速度很快。可以用来保存新鲜事或者日志，不用考虑列表本身有多大，只需要从一端获取数据即可。最大列表项为个。

添加元素

弹出元素

redis列表的双向链表特性，可以用于实现栈和队列，作为栈使用时，lpush+lpop或rpush+rpop；作为队列使用时，lpush+rpop或rpush+lpop。

列表长度

列表切片

常用lrange 0 -1获取列表所有元素

列表中删除指定个数的元素值

• 当count为正数时，从左侧开始删除count个value元素
• 当count为负数时，从右侧开始删除|count|个value元素
• 当count为0时，删除列表中全部value元素

获取、设置指定位置元素

删除列表指定范围之外的所有元素

可用于保存指定数量的日志信息，在lpush添加新日志记录后，使用ltrim 0 99保存指定个数的日志记录。

在指定元素旁插入元素

将元素从一个列表移动到另一个列表

当source和destination相同时，可以用于监控程序，循环执行该命令，在不影响新元素加入的情况下，可以对元素进行循环检测

集合类型

集合类型存储不重复的元素，元素唯一，但无需，内部使用值为空的散列表实现，所以查询元素的时间复杂度为，一个集合最多存储个元素。

集合常见的操作，除了加入、删除和判断元素是否存在外，还能提供灵活的交集、并集和差集操作。

添加、删除集合元素

返回集合中所有元素

判断元素是否在集合中

集合间操作

获得集合中元素个数

集合运算并存储结果

随机获得集合中元素

• 当count为正数时，随机返回count个不重复元素，当count大于集合中元素个数时，返回所有元素
• 当count为负数时，随机|count|个元素，可能重复

因为redis集合内部是散列表的实现，如果存在散列冲突，则以链表形式存储元素，在链表上随机获取元素，所以对于不冲突的元素，可能srandmember返回的概率更高一些。

从集合弹出随机元素

有序集合类型

有序集合相对于集合，给元素增加了一个关联的分数，以此提供获得最高或最低的N个元素，或者指定分数范围的元素等操作。

有序集合通过散列表和跳跃表实现，相对于集合和列表更耗费内存。

向有序集合添加元素

获取有序集合元素的分数

根据分数排名获得在某个下标范围的元素列表

该命令与lrange返回指定下标范围的列表元素很相似，并且提供附加参数withscores，返回元素与分数。zrevrange与zrange相似，只是按照分数由大到小输出。

获得在某个分数范围的元素列表

可以通过(符号来表示分数小于该分数值，同样支持正负无穷，-inf和+inf，withscores参数用法同上

获得在某个分数范围内指定偏移量的元素列表

逆序的偏移量使用方式为zrevrangebyscore方式，start和end为由大到小方式

给元素增加分数

获得集合中元素的个数

获得集合中指定范围的元素个数

默认包括首尾数值，通过(符号来不包含首尾值

删除集合中元素

按照排名范围删除集合中元素

按照分数范围删除集合中元素

获得元素排名

有序集合间操作

通过添加weights <key1Weight> <key2Weight> 可以给集合元素分数设置不同权重，通过添加aggregate sum|min|max可以对元素分数取不同操作

事务

事务是一组命令的集合，同命令一样，都是redis的最小执行单元。事务中的命令，要么都执行，要么全部不执行。

redis事务的执行原理，是发送一个事务命令，然后将待执行命令存储于事务队列之中，然后发送exec命令执行队列中的命令。

事务操作

redis中不提供回滚的功能，如果是语法错误，在发送exec命令后，redis会识别错误，并放弃执行所有命令，如果是运行错误，则redis会执行所有能执行的命令，因为在执行前并不能识别出哪些命令可以执行，哪些不可以执行。需要用户对这些执行错误的命令进行修复。

watch

多线程环境中，对键值的非原子操作可能存在竞态条件，例如先判断键值，再修改键值，这种非原子操作在并发情况下可能得到一些非预想结果。通过watch命令可以设置对键值的监听，后续的操作根据监听来选择是否执行。

watch命令对一个或多个键值进行监听，当一个或多个键值发生变化时，则后续的一个事务取消执行；若监听的键值都没有发生变化，则执行事务，exec后，取消对键值的监听。

unwatch命令可以取消对键值的监听，事务中通过discard命令取消事务，也可以做到取消对键值的监听。

expire

expire命令可以设置键的生存时间，单位为秒，过期后删除该键。通过ttl命令可以查看键的剩余生存时间，如果没有对键设置生存时间，则返回-1，如果键不存在或到期后被删除，则返回-2。

通过set命令对键进行修改，相当于设置键的生存时间为永久，即相当于没有设置生存时间。生存时间的操作可以应用于一些限制访问频率的场景中。

缓存

为了提高网站的负载能力，往往将一些cpu或内存消耗较高的操作结果存入redis，并设置过期时间，以此来提供缓存的功能。如果生存时间设置较长，则可能存在内存一直被占用的问题，如果生存时间设置较短，则可能导致命中率过低的问题。

对redis中缓存键的淘汰有如下几种规则：

sort

sort命令提供对集合、有序集合、列表的排序功能，默认将元素转为双精度浮点数进行递增排序，通过alpha参数可以按照字典序进行排序，通过desc参数可以进行递减排序，通过limit offset count参数可以获取指定偏移量的count个元素。

对有序集合的排序，是按照元素自身来排序的，与分数无关。

如果使用by参考键来进行排序，则排序操作不依赖自身元素字典值，而是将自身元素替换掉参考键的第一个*符号，并取其值作为排序依据进行排序。

示例：
集合tag:ruby:posts，存储文章的id，post:<id>哈希键，存储文章对象的多个属性，例如time、id、title等，此处对集合tag:ruby:posts进行排序，排序的依据是文章的更新时间降序排列

sort tag:ruby:posts by post:*->time desc

该命令作用为使用文章对象的time属性降序排列文章的id集合

get

get命令可以搭配sort命令，获取排序后的属性值，同样使用*符号替换属性名
示例：
在依据文章的时间对id集合进行排序后，根据id获取文章的title

sort tag:ruby:posts by post:*->time desc get post:*->title

可以填写多个get，同时获取多个属性值

获取待排序集合自身，可以使用get #

store

sort执行的结果默认直接返回，也可以将结果存储为一个键，作为结果集使用

sort tag:ruby:posts by post:*->time desc get post:*->title store sort.result

排序后的结果解store后为list类型，常用的方式为搭配expire命令，作为sort后的缓存结果使用

expire sort.result <seconds>

sort命令的时间复杂度为，其中n为待排序列表(集合或有序集合)的元素个数，m为待返回的元素个数。为了避免sort命令称为性能瓶颈，使用时需要注意sort的使用方式，常见的优化方式为：
1)减少待排序元素
2)使用limit获取尽量少的元素
3)数据量较大时，使用store+expire建立缓存

任务队列

使用列表可以实现任务队列，例如lpush+rpop，可以使用rpop循环获取列表中元素，如果元素存在则处理，不存在则等待一定时间继续从队列中获取元素。

redis中提供有brpop/blpop命令来阻塞获取队列中元素

brpop <queue> <time>

time为阻塞时间，当time为0时，表示一直阻塞。

brpop/blpop阻塞等待命令可以同时监控多个队列，所以可以将不同优先级的任务放在不同队列中，优先级高的队列放在前面，这样当高优先级的队列中有元素时，则取元素并执行任务。

brpop que1 que2 0

发布、订阅模式

除了任务队列外，redis提供有发布/订阅模式来实现进程间通信。订阅者可以订阅若干个频道，发布者可以向指定频道发送消息，所有订阅次频道的订阅者都可以接收到该消息。

发布到某频道的消息不会进行持久化，即订阅者只能收到订阅此频道之后发布到该频道的消息。

publish <channel> <message>
subscribe <channel> ...

publish命令会返回接收该消息的订阅者数量，subscribe有三种返回类型：

• 第一个值为subscribe类型，第二个值是订阅频道名称，第三个值是当前订阅者订阅的频道数量
• 第一个值为message类型，第二个值是频道名称，第三个值是消息内容
• 第一个值为unsubscribe类型，第二个值是取消订阅的频道名称，第三个值是当前订阅者订阅的频道数量

通过psubscribe可以使用通配符形式订阅频道

psubscribe <channel> 

接收publish消息的返回会多一项通配符形式的频道：第一个值为message类型，第二个值是通配符频道名称，第三个是具体的频道名称，第四个值是消息内容

punsubscribe用于退订psubscribe订阅的频道，unsubscribe用于退订subscribe订阅的频道，对应使用。

管道

客户端与redis的通信过程是通过tcp连接进行的，命令的传输与结果的返回都是存在网络传输时延的，当要执行的命令较多时，如果每次传输执行一条命令，后续的每条命令都等待前一条命令执行结束后，才能进行传输执行，时延造成的性能影响较大。

redis底层通信对管道(pipelining)提供了支持，如果多个命令的结果不相互依赖，可以通过管道一次传输多个命令，并将结果一次返回，通过降低通信次数来减少传输时延。

节省空间

redis的数据是保存在内存之中的，所以优化存储，减少空间的占用对成本控制是很重要的。

精简键名和键值

例如very.import.person:20 可以精简为 VIP:20，male和female可以改为m和f。

内部编码优化

redis未每种数据类型提供了两种内部编码方式，以散列类型为例，散列类型以散列表实现，实现 时间复杂度查找和赋值操作，但是当键中元素数较少时，散列类型会以一种紧凑但性能较差的内部编码方式。当数据量较少时， 与 相差不大。

查询键的内部编码方式

object encoding <key>

持久化

redis的高性能在于其数据保存于内存中，并且为了避免重启后丢失数据，提供了将数据同步到硬盘的方式，即持久化。redis提供有两种方式的持久化，rdb和aof，可以使用其中一种或两种结合使用。

rdb(redis database)

rdb方式的持久化是通过快照完成的，当符合一定条件会自动将内存中数据进行快照并存储在硬盘中。执行快照的条件是在配置文件中自定义的，包括两个参数：时间和改动的键个数。当在指定时间内，改动的键个数达到条件后会触发快照。

rdb是redis默认的持久化方式，在redis.conf配置文件中预置了三个条件：

save 900 1
save 300 10
save 60 10000

save参数指定了快照条件，多个条件之间是“或”的关系。

redis 默认快照存储位置为当前目录的dump.rdb文件中，通过dir指定目录，通过dbfilename指定文件名。快照位置和快照条件都可以在redis.conf文件中进行修改。

快照过程：

1. redis使用fork函数复制当前进程(父进程)的副本(子进程)
2. 父进程继续接收并处理客户端命令，子进程将内存中数据写入硬盘的临时文件中
3. 子进程写入完毕，将该临时文件替换旧的rdb文件

fork函数执行使用写时复制(copy on write)策略，父、子进程共享同一内存空间，当父进程执行写命令时，操作系统会将数据复制一份给子进程，避免子进程数据受影响。所以rdb文件存储的是fork函数执行那一刻的数据，如果redis异常退出，则会丢失最后一次备份之后的修改。

处理自动备份外，还可以手动执行save、bgsave使用主进程或fork子进程进行备份。

aop(append only file)

redis默认没有开启aop持久化，通过修改appendonly参数为yes开启该持久化功能。aof的持久化文件目录与rdb相同，同样有dir参数配置，文件名由appendfilename参数配置。

启用aof后，每条修改数据的命令都会被记录。这里其实并不是直接记录到硬盘文件中，而是写入硬盘缓存，通过appendfsync参数配置同步缓存到硬盘文件的时间，默认为everysec，即每秒钟都会进行同步，no表示由操作系统进行同步，即每30秒进行同步，always表示每次执行命令都会进行同步。

如果同时启动了rdb和aof，则启动redis时会根据aof文件进行恢复数据。

如果配置文件中设置appendonly为yes，没有aof文件生成，需要执行如下命令：
redis-cli config set appendonly yes
redis-cli config set save ""

复制

通过持久化功能，redis保证了即使服务器重启，也不会损失多少数据，但是当服务器硬盘故障时，仍然会导致数据丢失。为了避免这种单点故障的情况，需要将数据存储在多个服务器上，当一台服务器上redis更新数据时，通过复制功能将数据同步到其他服务器上。

配置

同步数据库存在两种角色，提供读写功能的主数据库，提供只读功能的从数据库，在从数据库的配置文件中加入如下配置即可，主数据库无需配置。

slaveof <master ip> <master port>

该命令可以在启动redis服务时指定--slaveof ，也可以在运行时指定/更新主数据库

复制原理

从数据库启动后，向主数据库发送sync命令，主数据库接收到sync命令后，开始后台保存快照(rdb持久化过程)，并将快照期间接收到的命令缓存起来。快照完成后，redis将快照文件和所有缓存命令发送给从数据库。从数据库收到后，会载入快照文件并执行收到的缓存的命令。若主从断开后，会重新执行上述快照、缓存命令、发送快照和缓存命令方式，不支持断点续传。

从数据库会将接收到的内容写入硬盘临时文件中，当写入完成后会用该临时文件替换rdb快照文件，然后根据快照文件恢复数据。从数据库在同步期间并不会阻塞，可以继续接收客户端命令。默认情况为使用同步前的数据对命令进行响应。可以配置 slave-server-stale-data参数为no，在同步完成前对客户端命令回复错误"sync with master in progress"。

无论是否启用了rdb持久化方式(删除save参数)，redis启动时都会尝试读取dir和dbfilename参数指定的rdb快照文件恢复数据。

读写分离

在常见的场景中，读的频率大于写，当单机的redis无法应付大量的读请求时，可以通过复制功能建立多个从数据库，主数据库只进行写操作，从数据库负责读操作，即实现读写分离来提供服务器的负载能力。

从数据库持久化

持久化操作相对较为耗时，为了提供性能，可以通过复制功能建立一个或多个从数据库，并在从数据库上启用持久化，同时在主数据库上禁用持久化(删除save配置条件)。当从数据库崩溃后恢复，可以由主数据库同步数据；当主数据库崩溃时，从数据库使用slaveof no one命令提升为新的主数据库提供服务，恢复后的原主数据库使用slaveof命令变为从数据库，并同步回数据。

安全

redis以简洁为美，在安全层面没有太多的工作。redis设计前提为运行在可信环境中，所以redis默认会接收来自任何地址发送来的请求，可以通过配置bind参数，限制只允许指定地址的连接。

通信协议

redis支持两种通信协议，二进制安全的统一请求协议(unified request protocol)和较为直观的便于在telnet程序中输入的简单协议。两种协议在命令格式上有差异，命令的返回值格式是一样的。