【阅读笔记】Redis

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内存模型

1. 内存划分

   1. 数据本身
   2. redis进程运行本身需要的内存
   3. 缓冲区
   4. 内存碎片

2. 存储细节

   1. 数据模型
      

      1. dicEntry：每一个键值对（Key-Value）都会有一个dicEntry。
      2. Key：redis key，以SDS的格式存储
      3. redisObject：redis value，以redisObject的格式存储。

   2. jemalloc

      redis默认的内存分配器。

   3. RedisObject

      redis中的所有数据都是以RedisObject的形式存储的。

      typedef struct redisObject {　　unsigned type:4;　　unsigned encoding:4;　　unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */　　int refcount;　　void *ptr;} robj;

   4. SDS

      SDS(Simple Dynamic String)，Redis采用SDS来标识字符串

      struct sdshdr { int len; int free; char buf[];};

      buf表示字节数组，用来存储字符串；len表示buf已使用的长度，free表示buf未使用的长度。下面是两个例子。

3. 对象类型

   redis支持五种类型的数据。

   1. 字符串

      • redis最基础的类型，字符串的长度不能超过512MB

   2. 哈希

      • 哈希时redis支持的五种数据类型一直，redis作为key-value数据库本身所使用的数据结构

   3. 列表

      • 列表（list）用来存储多个有序的字符串，每个字符串称为元素；

      • 一个列表可以存储2^32-1个元素。

      • Redis中的列表支持两端插入和弹出，并可以获得指定位置（或范围）的元素，可以充当数组、队列、栈等。

   4. 集合

      • 集合（set）与列表类似，都是用来保存多个字符串；
      • 集合与列表有两点不同：集合中的元素是无序的，因此不能通过索引来操作元素；集合中的元素不能有重复。

• 一个集合中最多可以存储2^32-1个元素；

  • 除了支持常规的增删改查，Redis还支持多个集合取交集、并集、差集。

  5. 有序集合

     • 有序集合与集合一样，元素都不能重复；
     • 但与集合不同的是，有序集合中的元素是有顺序的。
     • 与列表使用索引下标作为排序依据不同，有序集合为每个元素设置一个分数（score）作为排序依据。

持久化

持久化即备份，这是高可用的策略之一，有了备份，就可以在Redis故障通过备份进行恢复。redis持久化主要有RDB和AOF。

1. RDB

   RDB（Redis DataBase），基于策略定时将redis内存中的数据保存到硬盘。需要时可以通过这个备份文件进行恢复。

2. AOF

   AOF（Append Only File），是把每次redis执行的命令记录到日志文件中（类似于MySql的Bin log），当Redis启动时可以通过执行log中的命令来恢复数据。

主从复制

主从复制，是把一台redis服务器上数据复制到其他服务器的机制，其中前者被称为主节点（master)。后者被称为从节点（slave）。

上面说的持久化是解决单机备份问题（内存到硬盘），主从复制主要解决数据在多机器之间的热备份，实现负载均衡和故障恢复。

主从复制的主要主要作用：

1. 数据冗余：数据热备，多机备份。
2. 故障恢复：当主节点出现问题时，可以让从节点提供服务，是一种功能的冗余。
3. 负载均衡：可以让主节点写，从节点多，可以把压力分配到多个从节点，从而实现负载均衡。
4. 高可用基石：主从复制时实现哨兵和集群的基础。

哨兵

哨兵，Redis sentinel，在主从复制的基础上实现故障恢复的自动化。其核心功能是主节点（master）的自动故障转移。

主要功能：

1. 监控（Monitor）：哨兵不断检查主节点和从节点是否正常工作
2. 自动故障转移（Automatic failover）：主节点不正常时，哨兵启动自动故障转移，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其他从节点从这个新的主节点复制数据。
3. 配置提供着（Configuration provider）：客户端可以通过哨兵来获取主节点地址。
4. 通知（Notification）：哨兵可以把故障转移结果通知给客户端。

架构：

它由两部分组成，哨兵节点和数据节点：

1. 哨兵节点：哨兵系统由一个或多个哨兵节点组成，哨兵节点是特殊的redis节点，不存储数据。

2. 数据节点：主节点和从节点都是数据节点。

集群

持久化实现了单机的备份，主从解决了多机的热备份，以及读的操作的负载均衡，最终通过哨兵实现了主节点的自动故障迁移。

目前还有一个核心问题，主节点只有一个，写操作只能写到一个节点，还没有实现负载均衡，存储能力完全受限于单机的存储能力。

集群就是用来解决写操作负载均衡的问题。其核心就是数据分片。集群将数据分散到不同的集群上，解决单机存储能力受限的问题。

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