Redis超详解
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前言
Redis是什么
Redis是一个使用 C 语言编写的，高性能非关系型的键值对数据库。
与传统数据库不同的是，Redis 的数据是存在内存中的，所以读写速度非常快，被广泛应用于缓存方向。
Redis可以将数据写入磁盘中，保证了数据的安全不丢失，而且Redis的操作是原子性的。
Redis的优缺点
优点：
1.基于内存操作，内存读写速度快。
2.支持多种数据类型，包括String、Hash、List、Set、ZSet等。
3.支持持久化。.Redis支持RDB和AOF两种持久化机制，持久化功能可以有效地避免数据丢失问题。
4.支持事务。Redis的所有操作都是原子性的，同时Redis还支持对几个操作合并后的原子性执行。
5.支持主从复制。主节点会自动将数据同步到从节点，可以进行读写分离。
5.Redis命令的处理是单线程的。
缺点：
1.对结构化查询的支持比较差。数据库容量受到物理内存的限制，不适合用作海量数据的高性能读写，因此Redis适合的场景主要局限在较小数据量的操作。
2.Redis 较难支持在线扩容，在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。
Redis的数据结构
基本数据类型：
1、String：最常用的一种数据类型，String类型的值可以是字符串、数字或者二进制，但值最大不能超过512MB。
2、Hash：Hash 是一个键值对集合。
3、Set：无序去重的集合。Set 提供了交集、并集等方法，对于实现共同好友、共同关注等功能特别方便。
4、List：有序可重复的集合，底层是依赖双向链表实现的。
5、SortedSet：有序Set。内部维护了一个score的参数来实现。适用于排行榜和带权重的消息队列等场景。
特殊的数据类型：
1、Bitmap：位图，可以认为是一个以位为单位数组，数组中的每个单元只能存0或者1，数组的下标在 Bitmap 中叫做偏移量。Bitmap的长度与集合中元素个数无关，而是与基数的上限有关。
2、Hyperloglog。HyperLogLog 是用来做基数统计的算法，其优点是，在输入元素的数量或者体积非常非常大时，计算基数所需的空间总是固定的、并且是很小的。典型的使用场景是统计独立访客。
3、Geospatial ：主要用于存储地理位置信息，并对存储的信息进行操作，适用场景如定位、附近的人等。
Redis为什么快
- 基于内存存储，没有磁盘IO的开销,内存的读写速度快
- Redis会采用IO多路复用的技术
- Reids对底层的数据结构进行了优化，加快了速度
Redis为什么不能当做主数据库
事务处理：Redis只支持简单的事务处理，对于复杂的事务无能为力，比如跨多个键的事务处理。
数据持久化：Redis是内存数据库，数据存储在内存中，如果服务器崩溃或断电，数据可能丢失。虽然Redis提供了数据持久化机制，但有一些限制。
数据处理：Redis只支持一些简单的数据结构，比如字符串、列表、哈希表等。如果需要处理复杂的数据结构，比如关系型数据库中的表，那么Redis可能不是一个好的选择。
数据安全：Redis没有提供像主数据库那样的安全机制，比如用户认证、访问控制等等。
Redis的内存用完了会怎样？
如果达到设置的上限，Redis的写命令会返回错误信息（但是读命令还可以正常返回）。
也可以配置内存淘汰机制，当Redis达到内存上限时会冲刷掉旧的内容。
Redis存在线程安全问题吗？
首先，从Redis 服务端层面分析。Redis Server本身是一个线程安全的K-V数据库，也就是说在Redis Server上执行的指令，不需要任何同步机制，不会存在线程安全问题。
虽然Redis 6.0里面，增加了多线程的模型，但是增加的多线程只是用来处理网络IO事件，对于指令的执行过程，仍然是由主线程来处理，所以不会存在多个线程通知执行操作指令的情况。
第二个，从Redis客户端层面分析。
虽然Redis Server中的指令执行是原子的，但是如果有多个Redis客户端同时执行多个指令的时候，就无法保证原子性。
假设两个redis client同时获取Redis Server上的key1， 同时进行修改和写入，因为多线程环境下的原子性无法被保障，以及多进程情况下的共享资源访问的竞争问题，使得数据的安全性无法得到保障。
当然，对于客户端层面的线程安全性问题，解决方法有很多，比如尽可能的使用Redis里面的原子指令，或者对多个客户端的资源访问加锁，或者通过Lua脚本来实现多个指令的操作等等。
Redis有哪些部署方案？
单机版：单机部署，单机redis能够承载的 QPS 大概就在上万到几万不等。这种部署方式很少使用。存在的问题：1、内存容量有限 2、处理能力有限 3、无法高可用。
主从模式：一主多从，主负责写，并且将数据复制到其它的 slave 节点，从节点负责读。所有的读请求全部走从节点。这样也可以很轻松实现水平扩容，支撑读高并发。master 节点挂掉后，需要手动指定新的 master，可用性不高，基本不用。
哨兵模式：主从复制存在不能自动故障转移、达不到高可用的问题。哨兵模式解决了这些问题。通过哨兵机制可以自动切换主从节点。master 节点挂掉后，哨兵进程会主动选举新的 master，可用性高，但是每个节点存储的数据是一样的，浪费内存空间。数据量不是很多，集群规模不是很大，需要自动容错容灾的时候使用。
Redis cluster：服务端分片技术，3.0版本开始正式提供。Redis Cluster并没有使用一致性hash，而是采用slot(槽)的概念，一共分成16384个槽。将请求发送到任意节点，接收到请求的节点会将查询请求发送到正确的节点上执行。主要是针对海量数据+高并发+高可用的场景，如果是海量数据，如果你的数据量很大，那么建议就用Redis cluster，所有主节点的容量总和就是Redis cluster可缓存的数据容量。
主从架构
单机的 redis，能够承载的 QPS 大概就在上万到几万不等。对于缓存来说，一般都是用来支撑读高并发的。因此架构做成主从架构，一主多从，主负责写，并且将数据复制到其它的 slave 节点，从节点负责读。所有的读请求全部走从节点。这样也可以很轻松实现水平扩容，支撑读高并发。
Redis的复制功能是支持多个数据库之间的数据同步。主数据库可以进行读写操作，当主数据库的数据发生变化时会自动将数据同步到从数据库。从数据库一般是只读的，它会接收主数据库同步过来的数据。一个主数据库可以有多个从数据库，而一个从数据库只能有一个主数据库。
主从复制的原理？
- 当启动一个从节点时，它会发送一个 PSYNC 命令给主节点；
- 如果是从节点初次连接到主节点，那么会触发一次全量复制。此时主节点会启动一个后台线程，开始生成一份 RDB 快照文件；
- 同时还会将从客户端 client 新收到的所有写命令缓存在内存中。RDB 文件生成完毕后， 主节点会将RDB文件发送给从节点，从节点会先将RDB文件写入本地磁盘，然后再从本地磁盘加载到内存中；
- 接着主节点会将内存中缓存的写命令发送到从节点，从节点同步这些数据；
- 如果从节点跟主节点之间网络出现故障，连接断开了，会自动重连，连接之后主节点仅会将部分缺失的数据同步给从节点。
哨兵Sentinel
主从复制存在不能自动故障转移、达不到高可用的问题。哨兵模式解决了这些问题。通过哨兵机制可以自动切换主从节点。
客户端连接Redis的时候，先连接哨兵，哨兵会告诉客户端Redis主节点的地址，然后客户端连接上Redis并进行后续的操作。
当主节点宕机的时候，哨兵监测到主节点宕机，会重新推选出某个表现良好的从节点成为新的主节点，然后通过发布订阅模式通知其他的从服务器，让它们切换主机。