1.什么是Redis
Redis是一款内存高速缓存数据库。Redis全称为：Remote Dictionary Server（远程数据服务），使用C语言编写，Redis是一个key-value存储系统（键值存储系统），支持丰富的数据类型，如：String、list、set、zset、hash。
Redis是一种支持key-value等多种数据结构的存储系统。可用于缓存，事件发布或订阅，高速队列等场景。支持网络，提供字符串，哈希，列表，队列，集合结构直接存取，基于内存，可持久化。
2.为什么要用Redis
读写性能优异
Redis能读的速度是110000次/s,写的速度是81000次/s
官方的bench-mark根据如下条件获得的性能测试（读的速度是110000次/s,写的速度是81000次/s）
- 测试完成了50个并发执行100000个请求。
- 设置和获取的值是一个256字节字符串。
- Linux box是运行Linux 2.6,这是X3320 Xeon 2.5 ghz。
- 文本执行使用loopback接口(127.0.0.1)。
数据类型丰富
Redis支持二进制案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 数据类型操作。
原子性
Redis的所有操作都是原子性的，同时Redis还支持对几个操作全并后的原子性执行，支持事务。
丰富的特性
Redis支持 publish/subscribe, 通知, key 过期等特性。
持久化
Redis支持RDB, AOF等持久化方式
发布订阅
Redis支持发布/订阅模式
分布式
Redis Cluster
和Memcache对比
- 数据结构：Memcache 只支持 key value 存储方式，Redis 支持更多的数据类型，比如 Key value、hash、list、set、zset；
- 多线程：Memcache 支持多线程，Redis 支持单线程；CPU 利用方面 Memcache 优于 Redis；
- 持久化：Memcache 不支持持久化，Redis 支持持久化；
- 内存利用率：Memcache 高，Redis 低（采用压缩的情况下比 Memcache 高）；
- 过期策略：Memcache 过期后，不删除缓存，会导致下次取数据数据的问题，Redis 有专门线程，清除缓存数据；
- 适用场景：Redis 适用于对读写效率要求都很高，数据处理业务复杂和对安全性要求较高的系统。Redis 只使用单核，而 Memcached 可以使用多核，所以平均每一个核上 Redis 在存储小数据时比 Memcached 性能更高。Memcached 适用于在动态系统中减少数据库负载，提升性能，做缓存，提高性能（适合读多写少，对于数据量比较大，可以采用 sharding）
3.Redis的使用场景
热点数据的缓存
缓存是Redis最常见的应用场景，之所有这么使用，主要是因为Redis读写性能优异。而且逐渐有取代memcached，成为首选服务端缓存的组件。而且，Redis内部是支持事务的，在使用时候能有效保证数据的一致性。
作为缓存使用时，一般有两种方式保存数据：
- 读取前，先去读Redis，如果没有数据，读取数据库，将数据拉入Redis。
- 插入数据时，同时写入Redis。
方案一：实施起来简单，但是有两个需要注意的地方：
- 避免缓存击穿。（数据库没有就需要命中的数据，导致Redis一直没有数据，而一直命中数据库。）
- 数据的实时性相对会差一点。
方案二：数据实时性强，但是开发时不便于统一处理。
当然，两种方式根据实际情况来适用。如：方案一适用于对于数据实时性要求不是特别高的场景。方案二适用于字典表、数据量不大的数据存储。
限时业务的运用
redis中可以使用expire命令设置一个键的生存时间，到时间后redis会删除它。利用这一特性可以运用在限时的优惠活动信息、手机验证码等业务场景。
计数器相关问题
redis由于incrby命令可以实现原子性的递增，所以可以运用于高并发的秒杀活动、分布式序列号的生成、具体业务还体现在比如限制一个手机号发多少条短信、一个接口一分钟限制多少请求、一个接口一天限制调用多少次等等。
分布式锁
这个主要利用redis的setnx命令进行，setnx：”set if not exists”就是如果不存在则成功设置缓存同时返回1，否则返回0 ，这个特性在俞你奔远方的后台中有所运用，因为我们服务器是集群的，定时任务可能在两台机器上都会运行，所以在定时任务中首先 通过setnx设置一个lock，如果成功设置则执行，如果没有成功设置，则表明该定时任务已执行。 当然结合具体业务，我们可以给这个lock加一个过期时间，比如说30分钟执行一次的定时任务，那么这个过期时间设置为小于30分钟的一个时间就可以，这个与定时任务的周期以及定时任务执行消耗时间相关。
在分布式锁的场景中，主要用在比如秒杀系统等。
延时操作
比如在订单生产后我们占用了库存，10分钟后去检验用户是够真正购买，如果没有购买将该单据设置无效，同时还原库存。 由于redis自2.8.0之后版本提供Keyspace Notifications功能，允许客户订阅Pub/Sub频道，以便以某种方式接收影响Redis数据集的事件。 所以我们对于上面的需求就可以用以下解决方案，我们在订单生产时，设置一个key，同时设置10分钟后过期， 我们在后台实现一个监听器，监听key的实效，监听到key失效时将后续逻辑加上。
当然我们也可以利用kafka、rocketmq等消息中间件的延迟队列服务实现该需求。
排行榜相关问题
关系型数据库在排行榜方面查询速度普遍偏慢，所以可以借助redis的SortedSet进行热点数据的排序。 比如点赞排行榜，做一个SortedSet, 然后以用户的openid作为上面的username, 以用户的点赞数作为上面的score, 然后针对每个用户做一个hash, 通过zrangebyscore就可以按照点赞数获取排行榜，然后再根据username获取用户的hash信息，这个当时在实际运用中性能体验也不错。
点赞、好友等相互关系的存储
Redis 利用集合的一些命令，比如求交集、并集、差集等。 在微博应用中，每个用户关注的人存在一个集合中，就很容易实现求两个人的共同好友功能。
简单队列
由于Redis有list push和list pop这样的命令，所以能够很方便的执行队列操作。
4.Redis为什么快
① 完全基于内存，数据存在内存中，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速，跟传统的磁盘文件数据存储相比，避免了通过磁盘IO读取到内存这部分的开销。
② 数据结构简单，对数据操作也简单。Redis中的数据结构是专门进行设计的，每种数据结构都有一种或多种数据结构来支持。Redis正是依赖这些灵活的数据结构，来提升读取和写入的性能。
③ 采用单线程，省去了很多上下文切换的时间以及CPU消耗，不存在竞争条件，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，也不会出现死锁而导致的性能消耗。
④ 使用基于IO多路复用机制的线程模型，可以处理并发的链接。
⑤ Redis直接自己构建了VM 机制 ，避免调用系统函数的时候，浪费时间去移动和请求。
5.Redis是如何运行的
一条命令的执行过程有很多细节，但大体可分为：客户端先将用户输入的命令，转化为 Redis 相关的通讯协议，再用 socket 连接的方式将内容发送给服务器端，服务器端在接收到相关内容之后，先将内容转化为具体的执行命令，再判断用户授权信息和其他相关信息，当验证通过之后会执行最终命令，命令执行完之后，会进行相关的信息记录和数据统计，然后再把执行结果发送给客户端，这样一条命令的执行流程就结束了。如果是集群模式的话，主节点还会将命令同步至子节点。
步骤一：用户输入一条命令
步骤二：客户端先将命令转换成 Redis 协议，然后再通过 socket 连接发送给服务器端
客户端和服务器端是基于 socket 通信的，服务器端在初始化时会创建了一个 socket 监听，用于监测链接客户端的 socket 链接，当 socket 成功连接之后，客户端会先把命令转换成 Redis 通讯协议（RESP 协议，REdis Serialization Protocol）发送给服务器端，这个通信协议是为了保障服务器能最快速的理解命令的含义而制定的，如果没有这个通讯协议，那么 Redis 服务器端要遍历所有的空格以确认此条命令的含义，这样会加大服务器的运算量，而直接发送通讯协议，相当于把服务器端的解析工作交给了每一个客户端，这样会很大程度的提高 Redis 的运行速度。例如，当我们输入 set key val 命令时，客户端会把这个命令转换为 *3\r\n$3\r\nSET\r\n$4\r\nKEY\r\n$4\r\nVAL\r\n 协议发送给服务器端。
socket 小知识：每个 socket 被创建后，会分配两个缓冲区，输入缓冲区和输出缓冲区。 写入函数并不会立即向网络中传输数据，而是先将数据写入缓冲区中，再由 TCP 协议将数据从缓冲区发送到目标机器。一旦将数据写入到缓冲区，函数就可以成功返回，不管它们有没有到达目标机器，也不管它们何时被发送到网络，这些都是 TCP 协议负责的事情。 注意：数据有可能刚被写入缓冲区就发送到网络，也可能在缓冲区中不断积压，多次写入的数据被一次性发送到网络，这取决于当时的网络情况、当前线程是否空闲等诸多因素，不由程序员控制。 读取函数也是如此，它也是从输入缓冲区中读取数据，而不是直接从网络中读取。
I/O 多路复用
Redis 使用的是 I/O 多路复用功能来监听多 socket 链接的，这样就可以使用一个线程链接来处理多个请求，减少线程切换带来的开销，同时也避免了 I/O 阻塞操作，从而大大提高了 Redis 的运行效率。
- 与服务器端以 socket 和 I/O 多路复用的技术建立链接
- 将命令转换为 Redis 通讯协议，再将这些协议发送至缓冲区
步骤三：服务器端接收到命令
服务器会先去输入缓冲中读取数据，然后判断数据的大小是否超过了系统设置的值(默认是 1GB)，如果大于此值就会返回错误信息，并关闭客户端连接。当数据大小验证通过之后，服务器端会对输入缓冲区中的请求命令进行分析，提取命令请求中包含的命令参数，存储在 client 对象(服务器端会为每个链接创建一个 Client 对象)的属性中。
步骤四：执行前准备
① 判断是否为退出命令，如果是则直接返回；
② 非 null 判断，检查 client 对象是否为 null，如果是返回错误信息；
③ 获取执行命令，根据 client 对象存储的属性信息去 redisCommand 结构中查询执行命令；
④ 用户权限效验，未通过身份验证的客户端只能执行 AUTH(授权) 命令，未通过身份验证的客户端执行了 AUTH 之外的命令则返回错误信息；
⑤ 集群相关操作，如果是集群模式，把命令重定向到目标节点，如果是 master(主节点) 则不需要重定向；
⑥ 检查服务器端最大内存限制，如果服务器端开启了最大内存限制，会先检查内存大小，如果内存超过了最大值会对内存进行回收操作；
⑦ 持久化检测，检查服务器是否开启了持久化和持久化出错停止写入配置，如果开启了此配置并且有持久化失败的情况，禁止执行写命令；
⑧ 集群模式最少从节点(slave)验证，如果是集群模式并且配置了 replminslavestowrite(最小从节点写入)，当从节点的数量少于配置项时，禁止执行写命令；
⑨ 只读从节点验证，当此服务器为只读从节点时，只接受 master 的写命令；
⑩ 客户端订阅判断，当客户端正在订阅频道时，只会执行部分命令（只会执行 SUBSCRIBE、PSUBSCRIBE、UNSUBSCRIBE、PUNSUBSCRIBE，其他命令都会被拒绝）。
⑪ 从节点状态效验，当服务器为 slave 并且没有连接 master 时，只会执行状态查询相关的命令，如 info 等；
⑫ 服务器初始化效验，当服务器正在启动时，只会执行 loading 标志的命令，其他的命令都会被拒绝；
⑬ lua 脚本阻塞效验，当服务器因为执行 lua 脚本阻塞时，只会执行部分命令；
⑭ 事务命令效验，如果执行的是事务命令，则开启事务把命令放入等待队列；
⑮ 监视器 (monitor) 判断，如果服务器打开了监视器功能，那么服务器也会把执行命令和相关参数发送给监视器 (监视器是用于监控服务器运行状态的)。
当服务器经过以上操作之后，就可以执行真正的操作命令了。
步骤五：执行最终命令，调用 redisCommand 中的 proc 函数执行命令
步骤六：执行完后相关记录和统计
① 检查慢查询是否开启，如果开启会记录慢查询日志；
② 检查统计信息是否开启，如果开启会记录一些统计信息，例如执行命令所耗费时长和计数器(calls)加1；
③ 检查持久化功能是否开启，如果开启则会记录持久化信息；
④ 如果有其它从服务器正在复制当前服务器，则会将刚刚执行的命令传播给其他从服务器。
步骤七：返回结果给客户端
命令执行完之后，服务器会通过 socket 的方式把执行结果发送给客户端，客户端再把结果展示给用户，至此一条命令的执行就结束了。
