1. 数据类型

1.1.key

Redis key值是二进制安全的，这意味着可以用任何二进制序列作为key值。

关于key的几条规则：

太长的键值不是个好主意

太短的键值通常也不是好主意

最好坚持一种模式

”object-type:id:field”就是个不错的注意，像这样”user:1000:password”。

1.2. string

值可以是任何种类的字符串（包括二进制数据），例如你可以在一个键下保存一副jpeg图片。值的长度不能

超过512 MB。

INCR 命令将字符串值解析成整型，将其加一，最后将结果保存为新的字符串值，类似的命令有INCRBY,

DECR 和 DECRBY。

INCR是原子操作意味着什么呢？就是说即使多个客户端对同一个key发出INCR命令，也决不会导致竞争的情

况。

1.3. list

Redis lists基于Linked Lists实现。这意味着即使在一个list中有数百万个元素，在头部或尾部添加一个元素的操作，其时间复杂度也是常数级别的。

Redis Lists用linked list实现的原因是：对于数据库系统来说，至关重要的特性是：能非常快的在很大的列表上添加元素。

如果快速访问集合元素很重要，建议使用可排序集合(sorted sets).

list可被用来实现聊天系统。还可以作为不同进程间传递消息的队列。关键是，你可以每次都以原先添加的顺序访问数据。这不需要任何SQL ORDER BY 操作，将会非常快，也会很容易扩展到百万级别元素的规模。

1.4. set

Redis Set 是 String 无序，唯一的排列。

1.5. sorted set

参见: sorted set是index的 (根据score索引，score相同根据value的字典顺序索引)

有序集合，它在 set的基础上增加了一个顺序属性，这一属性在添加修改元素的时候可以指定，每次指定后，会自动重新按新的值调整顺序。

score相同的元素，根据value的字典排序作为排序顺序

1.6.hash

Hash 便于表示 objects，实际上，你可以放入一个 hash 的域数量实际上没有限制（除了可用内存以外）。

1.7.bitmap

Bitmap是一串连续的2进制数字（0或1），每一位所在的位置为偏移(offset)，在bitmap上可执行AND,OR,XOR以及其它位操作。

bitmaps事实上并不是一种新的数据类型，而是基于字符串位操作的集合，由于字符串是二进制安全的，并且最长可支持512M

bitmaps最大的优势是在存储数据时可以极大的节省空间，比如在一个项目中采用自增长的id来标识用户，就可以仅用512M的内存来记录4亿用户的信息

1.8. HyperLogLogs

HyperLogLog是Probabilistic data

Structures的一种，这类数据结构的基本大的思路就是使用统计概率上的算法，牺牲数据的精准性来节省内存的占用空间及提升相关操作的性能。

redis的HyperLogLog特别是适合用来对海量数据进行unique统计，对内存占用有要求，而且还能够接受一定的错误率的场景.最典型的使用场景就是统计网站的每日UV。

1.9.GEO

使用 geohash 保存地理位置的坐标（把精度和维度重新编码后成一个字符串）

使用有序集合（sorted set）保存地理位置的集合，其score是GeoHash的52位整数值

2. HA

2.1. replica-主从模式

1，读写分离

2，容灾备份

3，配置slave node，不配置master node。 从库配置：slaveof 主库IP 主库端口

4， master node down掉， slave 不会自动跳转成master node

5，哨兵（sentinel ）模式实现master slave 自动跳转

6，由于所有的写操作都是先在master上操作，然后同步更新到slave上，所以从master同步到slave机器有一定的延迟，当系统很繁忙的时候，延迟问题会更加严重，slave机器数量的增加也会使这个问题更加严重

7，主从模式， 数据不是强一致性，master节点存储数据后， 立即返回，然后在通知slave node保存数据，保证性能优先，牺牲一点点数据一致性。 鱼合熊掌不能兼得。

2.1.1. Master node

1， 可读可写

2，复制数据到slave node

2.1.2. Slave node

1，只读不写

2，数据从master复制过来

2.1.3. Sentinel哨兵

1, 一个或多个sentinel 独立进程组成集群

2，监控 Master 和Slave node

3， 如果Master 异常，则会进行Master-slave 转换，将其中一个Slave作为Master，将之前的Master作为Slave Sentinel的工作方式:

1)：每个Sentinel以每秒钟一次的频率向它所知的Master，Slave以及其他 Sentinel 实例发送一个 PING 命令

2)：如果一个实例（instance）距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds选项所指定的值， 则这个实例会被 Sentinel 标记为主观下线。

3)：如果一个Master被标记为主观下线，则正在监视这个Master的所有 Sentinel要以每秒一次的频率确认Master的确进入了主观下线状态。

4)：当有足够数量的

Sentinel（大于等于配置文件指定的值）在指定的时间范围内确认Master的确进入了主观下线状态，则Master会被标记为客观下线

5)：在一般情况下， 每个 Sentinel 会以每 10 秒一次的频率向它已知的所有Master，Slave发送 INFO 命令

6)：当Master被 Sentinel 标记为客观下线时，Sentinel 向下线的 Master 的所有 Slave 发送 INFO命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次

7)：若没有足够数量的 Sentinel 同意 Master 已经下线， Master 的客观下线状态就会被移除。若 Master 重新向 Sentinel 的 PING 命令返回有效回复， Master 的主观下线状态就会被移除。

2.2. cluster- 分slot，采用一致性算法，写入数据

1，所有的redis节点彼此互联， 去中心化

2，节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效

3，cluster把所有的物理节点映射到[0-16383]slot上（不一定是平均分配）,cluster 负责维护node<->slot<->value

4，Redis集群预分好16384个桶，当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value 时，根据 CRC16(key) mod16384的值，决定将一个key放到哪个桶中。

5，新增一个主节点:，redis cluster的这种做法是从各个节点的前面各拿取一部分slot到新的node上，并把数据拷贝到新的node

6，删除一个节点也是类似，把将要删除的节点的slots，分摊到剩余的节点，移动完成后就可以删除这个节点了。

7，cluster中一个node down掉，数据就不完整，需要结合主从+哨兵模式，提高HA可用性。

3. 功能

3.1.分布式锁

具备3个特性就可以实现一个最低保障的分布式锁。

安全属性（Safety property）: 独享（相互排斥）。在任意一个时刻，只有一个客户端持有锁。

活性A(Liveness property A): 无死锁。即便持有锁的客户端崩溃（crashed)或者网络被分裂（gets partitioned)，锁仍然可以被获取。

活性B(Liveness property B): 容错。 只要大部分Redis节点都活着，客户端就可以获取和释放锁.

实现Redis分布式锁的最简单的方法就是在Redis中创建一个key，这个key有一个失效时间（TTL)，以保证锁最终会被自动释放掉（这个对应特性2）。当客户端释放资源(解锁）的时候，会删除掉这个key（这个对应特性1）。

在cluster环境下，获取锁和释放锁必须得到 n/2+1个node确认后，方可认为成功（这个对应特性3）

3.2.发布，订阅-消息系统

3.3.缓存

3.4.数据库

参见: 数据持久化 (持久化)

4. 索引

4.1.key是有索引的

4.2. sorted set是index的

参见: sorted set (根据score索引，score相同根据value的字典顺序索引)

5. 数据持久化

5.1.RDB

RDB持久化是指在指定的时间间隔内将内存中的数据集快照写入磁盘。也是默认的持久化方式，这种方式是就是将内存中数据以快照的方式写入到二进制文件中,默认的文件名为dump.rdb。

rdb 记录是key某一时刻的值，但不记录对这个key的操作， 适合用于快照，

5.1.1. save - 阻塞，手工

阻塞Redis的服务器进程，直到RDB文件被创建完毕

5.1.2. bgsave - 非阻塞， 手工

Fork出一个子进程来创建RDB文件，不阻塞服务器进程 lastsave 指令可以查看最近的备份时间.

Redis 是单线程工作，如果 重写rdb需要比较长的时间，那么在重写rdb期间，Redis将长时间无法处理其他的命令，这显然是不能忍受的。Redis为了克服这个问题，解决办法是将 rdb重写程序放到子程序中进行。通过fork出子程序，利用COW技术主程序和子程序公用数据内存，避免了额外的内存数据拷贝，也可以避免多线程通过锁机制保证数据的一致性。

5.1.3. 自动保存 - 非阻塞，自动

根据redis.conf配置里的save m n定时触发（用的是BGSAVE)

主从复制时，主节点自动触发

执行Debug Relaod时触发

执行Shutdown且没有开启AOF持久化时触发

5.2.AOF（Append Only File）

每当redis执行一个改变数据集的命令时，这个命令就会追加到aof文件的末尾。这样的话，当redis重新启动时，程序就会通过执行aof文件中的命令来达到重建数据集的目的。

aof文件里可能有太多“琐碎”指令，所以aof会定期根据内存的最新数据重新生成aof文件。例如有很多命令都是在不停的往一个set里面一个一个的添加元素，aof里面会有很sadd记录，aof重写后会合并这些记录到一条一次性加入多个元素，这样可以压缩aof文件。

Redis 是单线程工作，如果 重写 AOF 需要比较长的时间，那么在重写 AOF期间，Redis将长时间无法处理其他的命令，这显然是不能忍受的。Redis为了克服这个问题，解决办法是将AOF 重写程序放到子程序中进行通过fork出子程序，利用COW技术主程序和子程序公用数据内存，避免了额外的内存数据拷贝，也可以避免多线程通过锁机制保证数据的一致性。

Redis 服务器设置了一个 AOF重写缓冲区，这个缓冲区是在创建子进程后开始使用，当Redis服务器执行一个写命令之后，就会将这个写命令也发送到 AOF 重写缓冲区。当子进程完成 AOF重写之后，就会给父进程发送一个信号，父进程接收此信号后，就会调用函数将 AOF重写缓冲区的内容都写到新的 AOF 文件中。

5.2.1. always

每次有新命令追加到aof文件时就执行一个持久化，非常慢但是安全

5.2.2. every second

每秒执行一次持久化，足够快（和使用rdb持久化差不多）并且在故障时只会丢失1秒钟的数据

5.2.3. no

从不持久化，将数据交给操作系统来处理。redis处理命令速度加快但是不安全。

5.3.RDB+AOF混合模式

redis4.0，混合持久化就是同时结合RDB持久化以及AOF持久化混合写入AOF文件混合持久化同样也是通过bgrewriteaof完成的，不同的是当开启混合持久化时，fork出的子进程先将共享的内存副本全量的以RDB方式写入aof文件，然后在将重写缓冲区的增量命令以AOF方式写入到文件，写入完成后通知主进程更新统计信息，并将新的含有RDB格式和AOF格式的AOF文件替换旧的的AOF文件。简单的说：新的AOF文件前半段是RDB格式的全量数据后半段是AOF格式的增量数据。

当我们开启了混合持久化时，启动redis依然优先加载aof文件，aof文件加载可能有两种情况如下：

aof文件开头是rdb的格式, 先加载 rdb内容再加载剩余的 aof。

aof文件开头不是rdb的格式，直接以aof格式加载整个文件

6. 实现技术

6.1. IO多路复用技术

通过多路复用技术监听与redis sever创建连接的socket。监听的消息大致分为三类

1，有客户端与redis连接的消息

2，可以从客户端socket读取数据的消息

3，可以往客户端socket写入数据的消息

所有消息放入事件消息队列

6.2.事件处理队列

事件消息队列将消息与实践处理器做关联。

客户端请求连接的消息，交给连接应答处理器

数据可读消息，交给命令请求处理器

数据可写消息，交给命令回复处理器

因为消息处理是单线程的，每一时刻只有一个消息被处理，所以redis是一个单线程模型。一种事件会等待另一种事件执行完后，才开始执行，事件之间不会出现抢占.事件处理器先处理文件事件，再执行时间事件文件事件的等待时间，由距离到达时间最短的时间事件决定

6.2.1. 文件事件

用于处理 Redis 服务器和客户端之间的网络IO

当一个新的client连接到服务器时， server会给该client绑定读事件， 直到client断开连接后，该读事件才会被移除和client自始至终都关联着读事件不同， server只会在有命令结果要传回给client时，才会为client关联写事件， 并且在命令结果传送完毕之后， client和写事件的关联就会被移除.因为在同一次文件事件处理器的调用中，单个客户端只能执行其中一种事件（要么读，要么写，不能又读又写），当出现读事件和写事件同时就绪时，事件处理器优先处理读事件

6.2.2. 时间事件

Redis 服务器中的一些操作需要在给定的时间点执行，而时间事件就是处理这类定时操作的。事件为单次执行事件，该事件会在指定时间被处理一次，之后该事件就会被删除。

循环事件，该事件会在指定时间被处理，之后它会按照timeProc的返回值，更新事件的 when属性，让这个事件在之后某时间点再运行，以这种方式一直更新运行。

6.3.事件处理器

文件事件相关的一些具体的事件处理器.

连接请求处理器acceptTcpHandler：程序会为redisServer.eventLoop关联一个客户连接的事件处理器。

命令请求处理器readQueryFromClinet :当新连接来的时候，需要创建客户端，在其中为客户端套接字注册读事件，关联处理器readQueryFromClinet处理函数。

命令回复处理器sendReplyToClient :当Redis根据客户端的输入得到输出候后，注册客户端套接字写事件，当套接字可写时，触发sendReplyToClient发送命令回复。

7. 回收策略

7.1.过期策略

Redis采用惰性删除 + 定时任务删除机制实现过期键的内存回收。

7.1.1. 惰性删除

惰性删除用于当客户端读取带有超时属性的键时，如果已经超过键设置的过期时间，会执行删除操作并返回空。但是单独用这种方式存在内存泄露的问题，当过期键一直没有访问将无法得到及时删除，从而导致内存不能及时释放。

7.1.2. 定时任务删除

Redis内部维护一个定时任务，默认每秒运行10次。定时任务中删除过期键逻辑采用了自适应算法，根据键的过期比例，使用快慢两种速率模式回收键。

比如：

定时任务在每个数据库空间随机检查20个键，当发现过期时删除对应的键。如果超过检查数25%的键过期，循环执行回收逻辑直到不足25%或运行超时为止。

7.2.内存淘汰策略

当Redis所用内存达到maxmemory上限时会触发相应的溢出控制策略。具体策略受maxmemorypolicy参数控制，Redis支持6种策略。当用户set 一个key时，redis 检查所使用的内存是否超过maxmemory的设置，如果超过，通过执行设定的淘汰策略删除相应的的key，确保set成功执行。淘汰策略并不是针对所有数据， 只是采样其中部分数据，可以通过配置文件设置，这样做是保证redis可以高效运行，在准确性上做出了部分牺牲。

7.2.1. noeviction

默认策略，当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。

7.2.2. allkeys-lru

当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的Key。推荐使用，目前项目在用这种。

7.2.3. allkeys-random

当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个 Key。应该也没人用吧，你不删最少使用Key，去随机删。

7.2.4. volatile-lru

当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的Key。这种情况一般是把 Redis 既当缓存，又做持久化存储的时候才用。

7.2.5. volatile-random

当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个 Key。

7.2.6. volatile-ttl

当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的 Key 优先移除。