讲师简介：Jim —— 葡萄城 LeySer 项目组架构师，十余年后端开发经验，对于数据库调优、高并发后台技术有着丰富的实战经验，个人主要研究方向为CICD、微服务开发等领域。
本期技术分享，我们将从“Redis入门”开始，步步深入，通过线上直播的方式，为您解读 Redis 的应用场景和实践案例，为您避免在开发过程中可能会踩到的“坑”。
课程简介： - Redis概述
- 数据类型及主要特性
- Redis中常见问题（穿透、雪崩）
- Redis协议
- 项目开发经验分享
Redis是什么?Redis是一个使用ANSI C编写的开源、包含多种数据结构、支持网络、基于内存、可选持久性的键值对存储数据库，其特性如下： - Remote Dictionary Server
- key-value存储系统
- 开源的使用ANSI C语言编写、遵守BSD协议、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API
- NoSQL
相比于其他数据库类型，Redis具备的特点是： - 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
- 支持lua脚本
哪些大厂在使用Redis？ - github
- twitter
- 微博
- Stack Overflow
- 阿里巴巴
- 百度
- 美团
- 搜狐
Redis的应用场景有哪些？Redis 的应用场景包括：缓存系统（“热点”数据：高频读、低频写）、计数器、消息队列系统、排行榜、社交网络和实时系统。
什么是NoSQL型数据库市面上类似于Redis，同样是NoSQL型的数据库有很多，如下图所示，除了Redis，还有MemCache、Cassadra和Mongo。下面，我们就分别对这几个数据库做一下简要的介绍： - Memcache：这是一个和Redis非常相似的数据库，但是它的数据类型没有Redis丰富。Memcache由LiveJournal的Brad Fitzpatrick开发，作为一套分布式的高速缓存系统，被许多网站使用以提升网站的访问速度，对于一些大型的、需要频繁访问数据库的网站访问速度的提升效果十分显著。
- Apache Cassandra：（社区内一般简称为C*）这是一套开源分布式NoSQL数据库系统。它最初由Facebook开发，用于储存收件箱等简单格式数据，集Google BigTable的数据模型与Amazon Dynamo的完全分布式架构于一身。Facebook于2008将Cassandra 开源，由于其良好的可扩展性和性能，被 Apple、Comcast、Instagram、Spotify、eBay、Rackspace、Netflix等知名网站所采用，成为了一种流行的分布式结构化数据存储方案。
- MongoDB：是一个基于分布式文件存储、面向文档的NoSQL数据库，由C++编写，旨在为WEB应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。MongoDB是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库当中功能最丰富，最像关系型数据库的，它支持的数据结构非常松散，是一种类似json的BSON格式。
NoSQL数据库产生的原因随着互联网技术的不断发展，各种类型的应用层出不穷，这导致在当今云计算、大数据盛行的时代，对性能有了更多的需求，主要体现在以下四个方面： 1. 低延迟的读写速度：应用快速地反应能极大地提升用户的满意度 2. 支撑海量的数据和流量：对于搜索这样大型应用而言，需要利用PB级别的数据和能应对百万级的流量 3. 大规模集群的管理：系统管理员希望分布式应用能更简单的部署和管理 4. 庞大运营成本的考量：IT部门希望在硬件成本、软件成本和人力成本能够有大幅度地降低
什么是NewSQL数据库基于以上考量，对海量数据有着高速读取能力的NoSQL型数据库就此诞生。然而，NoSQL型数据库也有自己的短板：它对ACID事务方面的支持比较弱，这决定了它所适用的场景都比较具体。
为同时满足事务处理、复杂查询和高速读取的需求场景，将SQL的ACID与NoSQL的可扩展性和高性能相结合，融合了关系型数据库和NoSQL数据库的全新的数据库范式——NewSQL数据库出现了。
NewSQL 数据库是各种可扩展/高性能数据库的统称，这类数据库不仅具有NoSQL对海量数据的存储管理能力，还保持了传统数据库支持ACID和SQL等特性。
Redis的数据类型及主要特性Redis提供的数据类型主要分为5种自有类型和一种自定义类型，这5种自有类型包括：String类型、哈希类型、列表类型、集合类型和顺序集合类型。 String类型：它是一个二进制安全的字符串，意味着它不仅能够存储字符串、还能存储图片、视频等多种类型, 最大长度支持512M。 对每种数据类型，Redis都提供了丰富的操作命令，如： - GET/MGET
- SET/SETEX/MSET/MSETNX
- INCR/DECR
- GETSET
- DEL
关于上述命令的具体操作，Jim 会在公开课上为大家演示，欢迎 点击观看。
哈希类型：该类型是由field和关联的value组成的map。其中，field和value都是字符串类型的。 Hash的操作命令如下： - HGET/HMGET/HGETALL
- HSET/HMSET/HSETNX
- HEXISTS/HLEN
- HKEYS/HDEL
- HVALS
关于上述命令的具体操作，Jim 也会在公开课上为大家演示，欢迎 点击观看。
列表类型：该类型是一个插入顺序排序的字符串元素集合, 基于双链表实现。 List的操作命令如下： - LPUSH/LPUSHX/LPOP/RPUSH/RPUSHX/RPOP/LINSERT/LSET
- LINDEX/LRANGE
- LLEN/LTRIM
集合类型：Set类型是一种无顺序集合, 它和List类型最大的区别是：集合中的元素没有顺序, 且元素是唯一的。 Set类型的底层是通过哈希表实现的，其操作命令为： - SADD/SPOP/SMOVE/SCARD
- SINTER/SDIFF/SDIFFSTORE/SUNION
Set类型主要应用于：在某些场景，如社交场景中，通过交集、并集和差集运算，通过Set类型可以非常方便地查找共同好友、共同关注和共同偏好等社交关系。
顺序集合类型：ZSet是一种有序集合类型，每个元素都会关联一个double类型的分数权值，通过这个权值来为集合中的成员进行从小到大的排序。与Set类型一样，其底层也是通过哈希表实现的。 ZSet命令： - ZADD/ZPOP/ZMOVE/ZCARD/ZCOUNT
- ZINTER/ZDIFF/ZDIFFSTORE/ZUNION
以上就是Redis的数据类型部分，欢迎 预约公开课，查看命令演示。
Redis的数据结构Redis的数据结构如下图所示： 关于上表中的部分释义： - 压缩列表是列表键和哈希键的底层实现之一。当一个列表键只包含少量列表项，并且每个列表项要么就是小整数，要么就是长度比较短的字符串，Redis就会使用压缩列表来做列表键的底层实现
- 整数集合是集合键的底层实现之一，当一个集合只包含整数值元素，并且这个集合的元素数量不多时，Redis就会使用整数集合作为集合键的底层实现
如下是定义一个Struct数据结构的例子：
简单动态字符串SDS (Simple Dynamic String)基于C语言中传统字符串的缺陷，Redis自己构建了一种名为简单动态字符串的抽象类型，简称SDS，其结构如下： SDS几乎贯穿了Redis的所有数据结构，应用十分广泛。
SDS的特点和C字符串相比，SDS的特点如下： 1.常数复杂度获取字符串长度 Redis中利用SDS字符串的len属性可以直接获取到所保存的字符串的长
度，直接将获取字符串长度所需的复杂度从C字符串的O(N)降低到了O(1)。 2.减少修改字符串时导致的内存重新分配次数 通过C字符串的特性，我们知道对于一个包含了N个字符的C字符串来说，其底层实现总是N+1个字符长的数组（额外一个空字符结尾），那么如果这个时候需要对字符串进行修改，程序就需要提前对这个C字符串数组进行一次内存重分配（可能是扩展或者释放），而内存重分配就意味着是一个耗时的操作。
Redis巧妙的使用了SDS避免了C字符串的缺陷。在SDS中，buf数组的长度不一定就是字符串的字符数量加一，buf数组里面可以包含未使用的字节，而这些未使用的字节由free属性记录。
与此同时，SDS采用了空间预分配的策略，避免C字符串每一次修改时都需要进行内存重分配的耗时操作，将内存重分配从原来的每修改N次就分配N次——>降低到了修改N次最多分配N次。
如下是Redis对SDS的简单定义：
Redis特性1：事务- 命令序列化，按顺序执行
- 原子性
- 三阶段: 开始事务 - 命令入队 - 执行事务
- 命令：MULTI/EXEC/DISCARD
事务对于Redis来说，是非常重要的功能特性之一，具体的Demo会在本期公开课中为大家演示，欢迎 点击查看。
Redis特性2：发布订阅(Pub/Sub)- Pub/sub是一种消息通讯模式
- Pub发送消息, Sub接受消息
- Redis客户端可以订阅任意数量的频道
- “fire and forgot”, 发送即遗忘
- 命令：Publish/Subscribe/Psubscribe/UnSub
Redis特性3：Stream- Redis5.0新增
- 等待消费
- 消费组(组内竞争)
- 消费历史数据
- FIFO
以上就是Redis的基本概念，下面我们将介绍在开发过程中可能会踩到的“坑”。
Redis常见问题解析：击穿概念：在Redis获取某一key时, 由于key不存在, 而必须向DB发起一次请求的行为, 称为“Redis击穿”。 引发击穿的原因： 合理的规避方案： - 服务器启动时, 提前写入
- 规范key的命名, 通过中间件拦截
- 对某些高频访问的Key，设置合理的TTL或永不过期
Redis常见问题解析：雪崩概念：Redis缓存层由于某种原因宕机后，所有的请求会涌向存储层，短时间内的高并发请求可能会导致存储层挂机，称之为“Redis雪崩”。 合理的规避方案：
Redis在产品开发中的应用实践产品背景 - 后端采用nodeJS
- 使用Azure的Redis服务
- Redis的使用场景
- token缓存, 用于令牌验证
- IP白名单
碰到的问题 - “网络抖动”或者Redis服务异常导致Redis访问超时
- Redis客户端驱动稳定性问题
- 连接池 “Broken connection” 问题
- JS的Promise引出的Redis重置问题
在“Redis产品开发中的应用实践”这部分中，Jim会实际演示他所在的项目组使用Redis时碰到的问题以及解决方案，对于刚接触Redis的同学来说，更具参考意义和学习价值，欢迎大家前来观看。
介绍完了Redis的基本概念和常见问题，下面我们来简单了解一下Redis的进阶知识。 进阶之Redis协议简介Redis客户端通讯协议：RESP(Redis Serialization Protocol)，其特点是： Redis集群内部通讯协议：RECP(Redis Cluster Protocol ) ，其特点是： - 每一个node两个tcp 连接
- 一个负责client-server通讯(P: 6379)
- 一个负责node之间通讯(P: 10000 + 6379)
Redis协议支持的数据类型： · 简单字符(首字节: “+”) “+OK\r\n” · 错误(首字节:“-”) “-error msg\r\n” · 数字(首字节:“:”) “:123\r\n” · 批量字符(首字节: “$”) “&hello\r\nWhoa re you\r\n” · 数组(首字节:“*”) “*0\r\n” “*-1\r\n”
如何自己实现Redis客户端驱动?关于这部分内容，Jim给我们留了一个大大的悬念，将在他的公开课中为大家揭晓。
以上，就是本期公开课《Redis从入门到实践》的主要内容，更多演示案例和代码剖析，尽在公开课中为大家呈现，欢迎大家提前预约，届时收看。 | 
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