前言

                                                            redis

最近在学Redis，我相信只要是接触过Java开发的都会听过Redis这么一个技术。面试也是非常高频的一个知识点，之前一直都是处于了解阶段。秋招过后这段时间是没有什么压力的，所以打算系统学学Redis，这也算是我从零学习Redis的笔记吧。

本文力求讲清每个知识点，希望大家看完能有所收获。

一、介绍一下Redis

首先，肯定是去官网看看官方是怎么介绍Redis的啦。https://redis.io/topics/introduction

如果像我一样，英语可能不太好的，可能看不太懂。没事，咱们Chrome浏览器可以切换成中文的，中文是我们的母语，肯定没啥压力了。Eumm…

读完之后，发现中文也就那样了。

一大堆没见过的技术：lua(Lua脚本)、replication(复制)、Redis Sentinel(哨兵)、Redis Cluster(Redis 集群)，当然我们也会有看得懂的技术：transactions(事务)、different levels of on-disk persistence(数据持久化)、LRU eviction(LRU淘汰机制)..

至少官方介绍Redis的第一句应该是可以很容易看懂："Redis is an open source (BSD licensed),in-memory data structure store, used as a database,cache and message broker."

Redis是一个开源的，基于内存的数据结构存储，可用作于数据库、缓存、消息中间件。

• 从官方的解释上，我们可以知道：Redis是基于内存，支持多种数据结构。
• 从经验的角度上，我们可以知道：Redis常用作于缓存。

就我个人认为：学习一种新技术，先把握该技术整体的知识(思想)，再扣细节，这样学习起来会比较轻松一些。所以我们先以“内存”、“数据结构”、“缓存”来对Redis入门。

1.1为什么要用Redis？

从上面可知：Redis是基于内存，常用作于缓存的一种技术，并且Redis存储的方式是以key-value的形式。

我们可以发现这不就是Java的Map容器所拥有的特性吗，那为什么还需要Redis呢？

• Java实现的Map是本地缓存，如果有多台实例(机器)的话，每个实例都需要各自保存一份缓存，缓存不具有一致性
• Redis实现的是分布式缓存，如果有多台实例(机器)的话，每个实例都共享一份缓存，缓存具有一致性。
• Java实现的Map不是专业做缓存的，JVM内存太大容易挂掉的。一般用做于容器来存储临时数据，缓存的数据随着JVM销毁而结束。Map所存储的数据结构，缓存过期机制等等是需要程序员自己手写的。
• Redis是专业做缓存的，可以用几十个G内存来做缓存。Redis一般用作于缓存，可以将缓存数据保存在硬盘中，Redis重启了后可以将其恢复。原生提供丰富的数据结构、缓存过期机制等等简单好用的功能。

参考资料：

• 为什么要用redis而不用map做缓存?
• https://segmentfault.com/q/1010000009106416

1.2为什么要用缓存？

如果我们的网站出现了性能问题(访问时间慢)，按经验来说，一般是由于数据库撑不住了。因为一般数据库的读写都是要经过磁盘的，而磁盘的速度可以说是相当慢的(相对内存来说)

• 科普文：让 CPU 告诉你硬盘和网络到底有多慢https://zhuanlan.zhihu.com/p/24726196

                                                        数据库撑不住了

如果学过Mybaits、Hibernate的同学就可以知道，它们有一级缓存、二级缓存这样的功能(终究来说还是本地缓存)。目的就是为了：不用每次读取的时候，都要查一次数据库。

有了缓存之后，我们的访问就变成这样了：

                                                 有了缓存提高了并发和性能

二、Redis的数据结构

本文不会讲述命令的使用方式，具体的如何使用可查询API。

• Redis 命令参考：http://doc.redisfans.com/
• try Redis(不用安装Redis即可体验Redis命令)：http://try.redis.io/

Redis支持丰富的数据结构，常用的有string、list、hash、set、sortset这几种。学习这些数据结构是使用Redis的基础！

"Redis is written in ANSI C"-->Redis由C语言编写

首先还是得声明一下，Redis的存储是以key-value的形式的。Redis中的key一定是字符串，value可以是string、list、hash、set、sortset这几种常用的。

                                                 redis数据结构

但要值得注意的是：Redis并没有直接使用这些数据结构来实现key-value数据库，而是基于这些数据结构创建了一个对象系统。

• 简单来说：Redis使用对象来表示数据库中的键和值。每次我们在Redis数据库中新创建一个键值对时，至少会创建出两个对象。一个是键对象，一个是值对象。

Redis中的每个对象都由一个redisObject结构来表示：

typedef struct redisObject{
    // 对象的类型
    unsigned type 4:;
    // 对象的编码格式
    unsigned encoding:4;
    // 指向底层实现数据结构的指针
    void * ptr;
    //.....
}robj;

                                       数据结构对应的类型与编码

简单来说就是Redis对key-value封装成对象，key是一个对象，value也是一个对象。每个对象都有type(类型)、encoding(编码)、ptr(指向底层数据结构的指针)来表示。

                                   以值为1006的字符串对象为例

下面我就来说一下我们Redis常见的数据类型：string、list、hash、set、sortset。它们的底层数据结构究竟是怎么样的！

2.1SDS简单动态字符串

简单动态字符串(Simple dynamic string,SDS)

Redis中的字符串跟C语言中的字符串，是有点差距的。

Redis使用sdshdr结构来表示一个SDS值：

struct sdshdr{
    // 字节数组，用于保存字符串
    char buf[];
    // 记录buf数组中已使用的字节数量，也是字符串的长度
    int len;
    // 记录buf数组未使用的字节数量
    int free;
}

例子：

                                           SDS例子

2.1.1使用SDS的好处

SDS与C的字符串表示比较

1. sdshdr数据结构中用len属性记录了字符串的长度。那么获取字符串的长度时，时间复杂度只需要O(1)。
2. SDS不会发生溢出的问题，如果修改SDS时，空间不足。先会扩展空间，再进行修改！(内部实现了动态扩展机制)。
3. SDS可以减少内存分配的次数(空间预分配机制)。在扩展空间时，除了分配修改时所必要的空间，还会分配额外的空闲空间(free 属性)。
4. SDS是二进制安全的，所有SDS API都会以处理二进制的方式来处理SDS存放在buf数组里的数据。

2.2链表

对于链表而言，我们不会陌生的了。在大学期间肯定开过数据结构与算法课程，链表肯定是讲过的了。在Java中Linkedxxx容器底层数据结构也是链表+[xxx]的。我们来看看Redis中的链表是怎么实现的：

使用listNode结构来表示每个节点：

typedef strcut listNode{
    //前置节点
    strcut listNode  *pre;
    //后置节点
    strcut listNode  *pre;
    //节点的值
    void  *value;
}listNode

使用listNode是可以组成链表了，Redis中使用list结构来持有链表：

typedef struct list{
    //表头结点
    listNode  *head;
    //表尾节点
    listNode  *tail;
    //链表长度
    unsigned long len;
    //节点值复制函数
    void *(*dup) (viod *ptr);
    //节点值释放函数
    void  (*free) (viod *ptr);
    //节点值对比函数
    int (*match) (void *ptr,void *key);
}list

具体的结构如图：