Redis工作原理及应用案例 | 青训营笔记

这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 10 天 ✌

1. Redis介绍

Redis是一个内存中的键值对存储数据库，最常用作主数据库、缓存、消息代理和队列。Redis提供亚毫秒级的响应时间，应用场景包括：高频读、低频写特点的缓存系统、计数器、消息队列系统、排行榜、社交网络等各种实时系统。其具备以下特性：

• 基于键值对存储，在内存运行
• 支持分布式，理论上可以无限扩展
• C/S通讯模型
• 单进程单线程模型
• 丰富的数据类型
• 操作具有原子性
• 持久化
• 高并发读写

为什么需要Redis？： 随着数据量以及读写压力的不断增加，MySQL数据库从单机演进出集群，传统关系型数据库的使用在磁盘IO存储性能上存在瓶颈问题。因此，“数据冷热分离”机制被提出，将热数据（经常使用到的数据）存储到IO性能更好的内存中，冷数据存储到硬盘中。

2. Redis数据类型

Redis是一个多模型数据库，提供多种内置数据结构，例如：

• string：任何文本或二进制数据（最大512MB）
• Hashes：最常用于表示对象的字段值对
• List：按字符串添加为链接列表时顺序排序的string集合
• Set：无序集合，能够与其他集合相交、并集和差异
• Ordered Set：排序集，在已排序集合中，每个成员都与可用于对集合进行排序的分数相关联。
• Bitmap：位图，不一定是数据类型，而是字符串类型上的一组面向位的操作
• HyperLogLogs：一种用于统计唯一事物（集合的基数）的概率数据结构
• Geospatial：地理空间，经度/纬度/名称键值对的排序集，可用于地图、地理搜索和“附近”功能
• Streams：一种数据类型，它对仅附加日志进行建模，并可用作持久消息队列

3. Redis应用案例

（1）连续签到： 采用string数据结构，和expire配合使用（expireAt:超时点，超时后计数归为0），记录用户的连续签到天数，key:用户ID ，value:连续签到天数

（2）消息通知： 采用list数据结构作为消息队列，列表按插入时间顺序排序

（3）计数： 对于多项计数需求，可通过hash结构存储实现

（4）排行榜： 应用需求：排名更具积分实时变更。zset数据结构（zskiplist）实现，结合dict，可实现通过key操作跳表。

（5）限流： 应用需求：放行的请求数超过设定阈值N时要禁止访问。对访问请求的key调用incr，超过限制N则禁止访问。

（6）分布式锁： 对于并发场景，要求一次只能有一个协程执行。该应用场景利用redis是单线程执行的特性，且setnx只有未设置过才能执行成功。