Redis原理剖析

一、Redis简介

Redis是一个开源的，基于网络的，高性能的key-value数据库，弥补了memcached这类key-value存储的不足，在部分场合可以对关系数据库起到很好的补充作用，满足实时的高并发需求。
Redis跟memcached类似，不过数据可以持久化，而且支持的数据类型很丰富。支持在服务器端计算集合的并、交和补集(difference)等，还支持多种排序功能。

说明： Redis客户端跟服务端间的网络数据传输未加密，建议不要使用Redis存取敏感数据，否则可能存在安全风险。

二、Redis结构

Redis包含Redis Server与Redis-WS，如下图所示

• Redis Server：Redis组件的核心模块，负责Redis协议的数据读写、数据持久化、主从复制、集群功能。
• Redis-WS：Redis WebService管理模块，主要负责Redis集群的创建、扩容、减容、查询、删除等操作，集群管理信息存入DB数据库。

三、Redis原理

Redis持久化

Redis提供了RDB与AOF等多种不同级别的持久化方式。

• RDB持久化
  可以在指定的时间间隔内生成数据集的时间点快照（point-in-time snapshot）。

• AOF持久化
  记录服务器执行的所有写操作命令，并在服务器启动时，通过重新执行这些命令来还原数据集。 AOF文件中的命令全部以Redis协议的格式来保存，新命令会被追加到文件的末尾。Redis还可以在后台对AOF文件进行重写，使得AOF文件的体积不会超出保存数据集状态所需的实际大小。

Redis可以同时使用AOF持久化和RDB持久化。在这种情况下，当Redis重启时，它会优先使用AOF文件来还原数据集，因为AOF文件保存的数据集通常比RDB文件所保存的数据集更完整。用户也可以关闭持久化功能，让数据只在服务器运行时存在。

Redis运行模式

Redis实例可以部署在一个或多个节点上，且一个节点上也可以部署一个或多个Redis实例（每个节点上Redis实例的个数由软件根据节点硬件资源情况计算得出）。

最新版本的Redis支持集群功能，可以将多个Redis实例组合为一个Redis集群，从而对外提供一个分布式key-value数据库。集群通过分片（sharding）来进行数据共享，并提供复制和故障转移功能。

• 单实例模式
  单实例模式逻辑部署方式如下图所示：
  
  说明：

• 一个主实例（master）可以对应有多个从实例（slave），从实例本身还可连接从实例。

• 发给主实例的命令请求，主实例会实时同步给从实例进行处理。

• 主实例宕机，从实例不会自动升主。

• 从实例默认只读，在配置了“slave-read-only”为no时，从实例也可写。但从实例重启后，会从主实例同步数据，之前写入从实例的数据丢失。

• 多层级从实例的结构，相对所有从实例都直接连接在主实例下的结构，由于减少了主实例需要直接同步的从实例个数，一定程度上能提升主实例的业务处理性能。

• 集群模式
  集群模式逻辑部署方式如下图所示：
  
  说明：

• 多个Redis实例组合为一个Redis集群，共16384个槽位均分到各主实例上。

• 集群中的每个实例都记录有槽位与实例的映射关系，客户端也记录了槽位与实例的映射。客户端根据key进行哈希计算，然后和16384进行取模运算，得到槽位值。根据槽位-实例映射，将消息直接发送到对应实例处理。

• 默认情况，从实例不能读不能写，在线执行readonly命令可使从实例可读。

• 主实例故障，由集群中剩余的主实例选举出一个从实例升主，需要半数以上主实例运行状态“良好”才能选举。

• cluster-require-full-coverage配置项指示集群是否要求完整，若配置为yes，则其中一组主从都故障时，集群状态为故障，整个集群不能处理命令；若配置为no，则半数以上主实例运行状态“良好”，集群状态是“良好”。

• Redis集群可以进行扩容、减容（新实例加入集群或Redis实例退出集群），并进行槽位迁移。

四、Redis-Data-Sync

Redis-Data-Sync是一个用于主备集群Redis服务之间的数据同步工具。该工具从主集群中实时同步逻辑集群内的数据到备集群，在备集群上提供一个主集群中Redis服务的数据副本。