Redis-阿里云开发者社区

一. 为什么 Redis 比较块

基于内存：Reids 是一种基于内存的数据存储系统，所有的数据都存储在内存中。相比传统的磁盘存储系统，内存访问速度更快，这使得 Redis 能够在毫秒级别快速地读取和写入数据。
单线程模型：Redis 使用单线程模型来处理客户端请求。这可能听起来似乎效率不高，但实际上，这种设计有助于避免多线程的竞争条件和锁开箱。Redis 通过非阻塞的方式处理多个客户端请求，每个请求的执行时间很短，因此单线程下，Redis 能够处理大量的并发请求。
高效的数据结构：Redis 提供了高效的数据结构，如哈希表、有序集合等。这些数据结构的实现都经过了优化，使得 Redis 在处理这些数据结构的操作时非常高效。
Redis 使用了非阻塞 I/O 模型，这意味这当进行磁盘读写或者网络通信时，Reids 不会等待数据的返回，而是继续处理其他请求。这样可以充分利用 CPU 的时间，提高整体的吞吐量。

二. Redis 可以实现什么功能?

会话存储：保存用户的登录信息。
存储普通缓存：例如详情页等数据的缓存信息存储。
实现分布式锁：Redis 可以非常方便的实现微服务下的分布式锁，Reids 天然就支持分布式服务
简单的消息队列：Redis 自身提供的发布订阅模式，可以用来实现简单的消息队列。

三. Redis 常用的数据类型有哪些

String(字符串）：常见使用场景是存储 Session 信息、存储缓存信息（如详情页的缓存）、存储整数信息，可以使用 incr 实现整数的+1，和使用 decr 实现整数 -1。
List(列表类型）：常见的使用场景是实现简单的消息队列、存储某项列表数据。
Hasn (哈希表）：常见使用场景是存储 Session 信息、存储商品的购物车，购物车非常适合用哈希字典表示，使用人员唯一编号作为字典的key,value 值可以存储商品的id 和数量等信息。
Set(集合）：一个无序并唯一的键值集合，它的常见使用场景是实现关注功能，比如关注我的人和我关注的人，使用集合存储，可以保证人员会不重复。
Sorted Set(有序集合)：相比于 Set 集合类型多了一个排序的属性 score（分值），它的常见使用场景是可以用来存储排名信息、关注列表功能，这样就可以根据关注实现排序展示。

四. 有序列表的底层是如何实现的？

当数据比较少时，有序集合是压缩列表 ziplist（字节数组，更节省空间）实现的，反之则为跳跃表 skiplist 实现的。

使用压缩列表存储必须满足以下两个条件：

有序集合保存的元素个数小于 128 个；
有序集合保存的所有元素成员的长度都必须小于 64 字节。

如果不能满足以上任何一个要求，有序集合将会使用跳跃表 skiplist 结构进行存储

五. 跳跃表

5.1 什么是跳跃表

它通过添加多层链表的方式，提供了一种以空间换时间的方式来加速查找。

跳跃表由一个带有多层节点的链表组成，每一层都是原始链表的一个子集。最底层是一个完整的数据链表，包含所有的元素。每个更高层级都是下层级的子集，通过添加额外的指针来跳过一些元素。这些额外的指针称为 “跳跃指针”，它们允许快速访问更远的节点，从而减少了查找所需的比较次数。跳跃表的平均查找时间复杂度为 O（log n）,其中 n 是元素的数量。这使得它比普通的有序链表具有更快的查找性能，并且与平衡二叉搜索树（如红黑树）相比，实现更为简单。

简单的跳跃表如下图所示：

5.2 跳跃表的查询流程

5.3 跳跃表的添加流程

节点的随机数：所谓的节点随机数就是在每次添加节点之前，会先生成当前节点的随机层数，根据生成的随机层数来决定将当前节点存在几层链表中。

插入2（随机层数为3）,会依次从下到上生成：

插入4（随机层数为4）,会依次从下到上生成：

六. Redis 的 key 的过期策略是怎么实现的

1. 定期删除：Redis 会定期地（默认每秒钟检查 10 次）随机抽取一部分设置了过期时间的键，检查它们是否过期，如果过期则删除。该策略可以通过配置文件中的 hz 参数进行调整。

2. 惰性删除：当访问一个键时，Redis 会先检查该键是否过期，如果过期则删除。这意味着过期键可能会在访问时被删除，而不是在过期时立即删除

redis 并没有采取定时器的方式来实现key删除，如果有多个key过期，也可以通过一个定时器来高效/节省cpu的前提下来处理多个key

基于优先级队列：把添加过期时间的key 放入到优先级队列中，根据过期时间建立小根堆，指定过期时间早的，先出队列。队首元素，就是最早的要过期的key。此时定时器中只要分配一个线程，让这个线程去检查对首元素，看是否过期即可，如果队首元素还没过期，后续元素一定没过期，此时，扫描线程不需要便利所有key，只盯住这一个队首元素即可，另外在扫描线程检查队首元素过期时间的时候，也不能检查的太频繁。可以根据当前时间和队首元素，设置一个等待时间，等时间差不多了，系统再唤醒这个线程
基于时间轮：根据过期时间，除以时间轮的粒度（每格多长时间），来确认当前key 放置哪个格子中，每个格子中维护一个链表，当时间轮执行到哪个格子中，会遍历当前格子中的链表，确定哪些key是过期需要删除的

七. reids 的应用场景

7.1 string

作为缓存 ,储存高频被使用的数据，提高读写性能和相应速度，减少对后端数据库的压力
作为计数器，实现快速计数、查询缓存的功能，同时数据可以异步处理或者落地到其他数据源。记录视频的播放次数、文章的阅读量
存储session，实现会话共享:

使用原生字符串类型,每个属性一个键:

1 set user:1:name TOM
2 set user:1:age 23
3 set user:1:city Beijing

优点:实现简单,针对个别属性变更很灵活

缺点: 占用过多的键，内存占用量较大，同时用户信息在redis 中比较分散，缺少内聚性，所以这种方案基本没有实用性

序列化字符串类型，例如 JSON 格式

set user:1 "name:zhangsan,gender:boy,age:11"

优点：针对总是以整体作为操作的信息比较合适，编程也简单。同时，如果序列化方案选择合适，内存的使用效率很高。

缺点：序列化和反序列需要一定开销，同时如果总是操作个别属性则非常不灵活。
手机验证码：验证码获取，一分钟不能超过5次

String 发送验证码(phoneNumber) {
    key = "shortMsg:limit:" + phoneNumber;
    // 设置过期时间为 1 分钟（60 秒）
    // 使⽤ NX，只在不存在 key 时才能设置成功
    bool r = Redis 执⾏命令：set key 1 ex 60 nx
    if (r == false) {
        // 说明之前设置过该⼿机的验证码了
        long c = Redis 执⾏命令：incr key
        if (c > 5) {
        // 说明超过了⼀分钟 5 次的限制了
        // 限制发送
        return null;
    }
}
    // 说明要么之前没有设置过⼿机的验证码；要么次数没有超过 5 次
    String validationCode = ⽣成随机的 6 位数的验证码();
    validationKey = "validation:" + phoneNumber;
    // 验证码 5 分钟（300 秒）内有效
    Redis 执⾏命令：set validationKey validationCode ex 300;
    // 返回验证码，随后通过⼿机短信发送给⽤⼾
    return validationCode ;
}
// 验证⽤⼾输⼊的验证码是否正确
bool 验证验证码(phoneNumber, validationCode) {
    validationKey = "validation:" + phoneNumber;
    String value = Redis 执⾏命令：get validationKey;
    if (value == null) {
        // 说明没有这个⼿机的验证码记录，验证失败
        return false;
    }
    if (value == validationCode) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

7.2 hash

作为缓存,存储用户信息

上述string 时,说过可以存储用户信息:

hmset user:1 name James age 23 city Beijing

优点：简单、直观、灵活。尤其是对信息的布局变更或者获取操作

缺点：需要控制哈希在 ziplist 和 hashtable 两种内部编码的转换，可能会造成内存的较大消耗。

Redis