第一章 - 基礎(chǔ)知識(shí)

是什么使Redis顯得這么特別？Redis具體能解決什么類型的問題？要實(shí)際應(yīng)用Redis，開發(fā)者必須儲(chǔ)備什么知識(shí)？在我們能回答這么一些問題之前，我們需要明白R(shí)edis到底是什么。

Redis通常被人們認(rèn)為是一種持久化的存儲(chǔ)器關(guān)鍵字-值型存儲(chǔ)（in-memory persistent key-value store）。我認(rèn)為這種對(duì)Redis的描述并不太準(zhǔn)確。Redis的確是將所有的數(shù)據(jù)存放于存儲(chǔ)器（更多是是按位存儲(chǔ)），而且也確實(shí)通過將數(shù)據(jù)寫入磁盤來(lái)實(shí)現(xiàn)持久化，但是Redis的實(shí)際意義比單純的關(guān)鍵字-值型存儲(chǔ)要來(lái)得深遠(yuǎn)。糾正腦海里的這種誤解觀點(diǎn)非常關(guān)鍵，否則你對(duì)于Redis之道以及其應(yīng)用的洞察力就會(huì)變得越發(fā)狹義。

事實(shí)是，Redis引入了5種不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只有一個(gè)是典型的關(guān)鍵字-值型結(jié)構(gòu)。理解Redis的關(guān)鍵就在于搞清楚這5種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其工作的原理都是如何，有什么關(guān)聯(lián)方法以及你能怎樣應(yīng)用這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)去構(gòu)建模型。首先，讓我們來(lái)弄明白這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際意義。

應(yīng)用上面提及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概念到我們熟悉的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)里，我們可以認(rèn)為其引入了一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——表格。表格既復(fù)雜又靈活，基于表格的存儲(chǔ)和管理，沒有多少東西是你不能進(jìn)行建模的。然而，這種通用性并不是沒有缺點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)就是，事情并不是總能達(dá)到假設(shè)中的簡(jiǎn)單或者快速。相對(duì)于這種普遍適用（one-size-fits-all）的結(jié)構(gòu)體系，我們可以使用更為專門化的結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)然，因此可能有些事情我們會(huì)完成不了(至少，達(dá)不到很好的程度）。但話說(shuō)回來(lái)，這樣做就能確定我們可以獲得想象中的簡(jiǎn)單性和速度嗎？

針對(duì)特定類型的問題使用特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？我們不就是這樣進(jìn)行編程的嗎？你不會(huì)使用一個(gè)散列表去存儲(chǔ)每份數(shù)據(jù)，也不會(huì)使用一個(gè)標(biāo)量變量去存儲(chǔ)。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這正是Redis的做法。如果你需要處理標(biāo)量、列表、散列或者集合，為什么不直接就用標(biāo)量、列表、散列和集合去存儲(chǔ)他們？為什么不是直接調(diào)用exists(key)去檢測(cè)一個(gè)已存在的值，而是要調(diào)用其他比O(1)（常量時(shí)間查找，不會(huì)因?yàn)榇幚碓氐脑鲩L(zhǎng)而變慢）慢的操作？

數(shù)據(jù)庫(kù)（Databases）

與你熟悉的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)一致，Redis有著相同的數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念，即一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包含一組數(shù)據(jù)。典型的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用案例是，將一個(gè)程序的所有數(shù)據(jù)組織起來(lái)，使之與另一個(gè)程序的數(shù)據(jù)保持獨(dú)立。

在Redis里，數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)單的使用一個(gè)數(shù)字編號(hào)來(lái)進(jìn)行辨認(rèn)，默認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)字編號(hào)是0。如果你想切換到一個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，你可以使用select命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。在命令行界面里鍵入select 1，Redis應(yīng)該會(huì)回復(fù)一條OK的信息，然后命令行界面里的提示符會(huì)變成類似redis 127.0.0.1:6379[1]>這樣。如果你想切換回默認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，只要在命令行界面鍵入select 0即可。

命令、關(guān)鍵字和值（Commands, Keys and Values）

Redis不僅僅是一種簡(jiǎn)單的關(guān)鍵字-值型存儲(chǔ)，從其核心概念來(lái)看，Redis的5種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都至少有一個(gè)關(guān)鍵字和一個(gè)值。在轉(zhuǎn)入其它關(guān)于Redis的有用信息之前，我們必須理解關(guān)鍵字和值的概念。

關(guān)鍵字（Keys）是用來(lái)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)塊。我們將會(huì)很常跟關(guān)鍵字打交道，不過在現(xiàn)在，明白關(guān)鍵字就是類似于users:leto這樣的表述就足夠了。一般都能很好地理解到，這樣關(guān)鍵字包含的信息是一個(gè)名為leto的用戶。這個(gè)關(guān)鍵字里的冒號(hào)沒有任何特殊含義，對(duì)于Redis而言，使用分隔符來(lái)組織關(guān)鍵字是很常見的方法。

值（Values）是關(guān)聯(lián)于關(guān)鍵字的實(shí)際值，可以是任何東西。有時(shí)候你會(huì)存儲(chǔ)字符串，有時(shí)候是整數(shù)，還有時(shí)候你會(huì)存儲(chǔ)序列化對(duì)象（使用JSON、XML或其他格式）。在大多數(shù)情況下，Redis會(huì)把值看做是一個(gè)字節(jié)序列，而不會(huì)關(guān)注它們實(shí)質(zhì)上是什么。要注意，不同的Redis載體處理序列化會(huì)有所不同（一些會(huì)讓你自己決定）。因此，在這本書里，我們將僅討論字符串、整數(shù)和JSON。

現(xiàn)在讓我們活動(dòng)一下手指吧。在命令行界面鍵入下面的命令：

set users:leto "{name: leto, planet: dune, likes: [spice]}"

這就是Redis命令的基本構(gòu)成。首先我們要有一個(gè)確定的命令，在上面的語(yǔ)句里就是set。然后就是相應(yīng)的參數(shù)，set命令接受兩個(gè)參數(shù)，包括要設(shè)置的關(guān)鍵字，以及相應(yīng)要設(shè)置的值。很多的情況是，命令接受一個(gè)關(guān)鍵字（當(dāng)這種情況出現(xiàn)，其經(jīng)常是第一個(gè)參數(shù)）。你能想到如何去獲取這個(gè)值嗎？我想你會(huì)說(shuō)（當(dāng)然一時(shí)拿不準(zhǔn)也沒什么）：

get users:leto

關(guān)鍵字和值的是Redis的基本概念，而get和set命令是對(duì)此最簡(jiǎn)單的使用。你可以創(chuàng)建更多的用戶，去嘗試不同類型的關(guān)鍵字以及不同的值，看看一些不同的組合。

查詢（Querying）

隨著學(xué)習(xí)的持續(xù)深入，兩件事情將變得清晰起來(lái)。對(duì)于Redis而言，關(guān)鍵字就是一切，而值是沒有任何意義。更通俗來(lái)看就是，Redis不允許你通過值來(lái)進(jìn)行查詢?；氐缴厦娴睦?，我們就不能查詢生活在dune行星上的用戶。

對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，這會(huì)引起一些擔(dān)憂。在我們生活的世界里，數(shù)據(jù)查詢是如此的靈活和強(qiáng)大，而Redis的方式看起來(lái)是這么的原始和不高效。不要讓這些擾亂你太久。要記住，Redis不是一種普遍使用（one-size-fits-all）的解決方案，確實(shí)存在這么一些事情是不應(yīng)該由Redis來(lái)解決的（因?yàn)槠洳樵兊南拗疲?。事?shí)上，在考慮了這些情況后，你會(huì)找到新的方法去構(gòu)建你的數(shù)據(jù)。

很快，我們就能看到更多實(shí)際的用例。很重要的一點(diǎn)是，我們要明白關(guān)于Redis的這些基本事實(shí)。這能幫助我們弄清楚為什么值可以是任何東西，因?yàn)镽edis從來(lái)不需要去讀取或理解它們。而且，這也可以幫助我們理清思路，然后去思考如何在這個(gè)新世界里建立模型。

存儲(chǔ)器和持久化（Memory and Persistence）

我們之前提及過，Redis是一種持久化的存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)（in-memory persistent store）。對(duì)于持久化，默認(rèn)情況下，Redis會(huì)根據(jù)已變更的關(guān)鍵字?jǐn)?shù)量來(lái)進(jìn)行判斷，然后在磁盤里創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)的快照（snapshot）。你可以對(duì)此進(jìn)行設(shè)置，如果X個(gè)關(guān)鍵字已變更，那么每隔Y秒存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)一次。默認(rèn)情況下，如果1000個(gè)或更多的關(guān)鍵字已變更，Redis會(huì)每隔60秒存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；而如果9個(gè)或更少的關(guān)鍵字已變更，Redis會(huì)每隔15分鐘存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

除了創(chuàng)建磁盤快照外，Redis可以在附加模式下運(yùn)行。任何時(shí)候，如果有一個(gè)關(guān)鍵字變更，一個(gè)單一附加（append-only）的文件會(huì)在磁盤里進(jìn)行更新。在一些情況里，雖然硬件或軟件可能發(fā)生錯(cuò)誤，但用那60秒有效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)去換取更好性能是可以接受的。而在另一些情況里，這種損失就難以讓人接受，Redis為你提供了選擇。在第5章里，我們將會(huì)看到第三種選擇，其將持久化任務(wù)減荷到一個(gè)從屬數(shù)據(jù)庫(kù)里。

至于存儲(chǔ)器，Redis會(huì)將所有數(shù)據(jù)都保留在存儲(chǔ)器中。顯而易見，運(yùn)行Redis具有不低的成本：因?yàn)镽AM仍然是最昂貴的服務(wù)器硬件部件。

我很清楚有一些開發(fā)者對(duì)即使是一點(diǎn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)空間都是那么的敏感。一本《威廉·莎士比亞全集》需要近5.5MB的存儲(chǔ)空間。對(duì)于縮放的需求，其它的解決方案趨向于IO-bound或者CPU-bound。這些限制（RAM或者IO）將會(huì)需要你去理解更多機(jī)器實(shí)際依賴的數(shù)據(jù)類型，以及應(yīng)該如何去進(jìn)行存儲(chǔ)和查詢。除非你是存儲(chǔ)大容量的多媒體文件到Redis中，否則存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)應(yīng)該不會(huì)是一個(gè)問題。如果這對(duì)于一個(gè)程序是個(gè)問題，你就很可能不會(huì)用IO-bound的解決方案。

Redis有虛擬存儲(chǔ)器的支持。然而，這個(gè)功能已經(jīng)被認(rèn)為是失敗的了（通過Redis的開發(fā)者），而且它的使用已經(jīng)被廢棄了。

（從另一個(gè)角度來(lái)看，一本5.5MB的《威廉·莎士比亞全集》可以通過壓縮減小到近2MB。當(dāng)然，Redis不會(huì)自動(dòng)對(duì)值進(jìn)行壓縮，但是因?yàn)槠鋵⑺兄刀伎醋魇亲止?jié)，沒有什么限制讓你不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮/解壓，通過犧牲處理時(shí)間來(lái)?yè)Q取存儲(chǔ)空間。）

整體來(lái)看（Putting It Together）

我們已經(jīng)接觸了好幾個(gè)高層次的主題。在繼續(xù)深入Redis之前，我想做的最后一件事情是將這些主題整合起來(lái)。這些主題包括，查詢的限制，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及Redis在存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法。

當(dāng)你將這3個(gè)主題整合起來(lái)，你最終會(huì)得出一個(gè)絕妙的結(jié)論：速度。一些人可能會(huì)想，當(dāng)然Redis會(huì)很快速，要知道所以的東西都在存儲(chǔ)器里。但這僅僅是其中的一部分，讓Redis閃耀的真正原因是其不同于其它解決方案的特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

能有多快速？這依賴于很多東西，包括你正在使用著哪個(gè)命令，數(shù)據(jù)的類型等等。但Redis的性能測(cè)試是趨向于數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)次操作每秒。你可以通過運(yùn)行redis-benchmark（就在redis-server和redis-cli的同一個(gè)文件夾里）來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

我曾經(jīng)試過將一組使用傳統(tǒng)模型的代碼轉(zhuǎn)向使用Redis。在傳統(tǒng)模型里，運(yùn)行一個(gè)我寫的載入測(cè)試，需要超過5分鐘的時(shí)間來(lái)完成。而在Redis里，只需要150毫秒就完成了。你不會(huì)總能得到這么好的收獲，但希望這能讓你對(duì)我們所談的東西有更清晰的理解。

理解Redis的這個(gè)特性很重要，因?yàn)檫@將影響到你如何去與Redis進(jìn)行交互。擁有SQL背景的程序員通常會(huì)致力于讓數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)往返次數(shù)減至最小。這對(duì)于任何系統(tǒng)都是個(gè)好建議，包括Redis。然而，考慮到我們是在處理比較簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有時(shí)候我們還是需要與Redis服務(wù)器頻繁交互，以達(dá)到我們的目的。剛開始的時(shí)候，可能會(huì)對(duì)這種數(shù)據(jù)訪問模式感到不太自然。實(shí)際上，相對(duì)于我們通過Redis獲得的高性能而言，這僅僅是微不足道的損失。

小結(jié)

雖然我們只接觸和擺弄了Redis的冰山一角，但我們討論的主題已然覆蓋了很大范圍內(nèi)的東西。如果覺得有些事情還是不太清楚（例如查詢），不用為此而擔(dān)心，在下一章我們將會(huì)繼續(xù)深入探討，希望你的問題都能得到解答。

這一章的要點(diǎn)包括：

• 關(guān)鍵字（Keys）是用于標(biāo)識(shí)一段數(shù)據(jù)的一個(gè)字符串

• 值（Values）是一段任意的字節(jié)序列，Redis不會(huì)關(guān)注它們實(shí)質(zhì)上是什么

• Redis展示了（也實(shí)現(xiàn)了）5種專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 上面的幾點(diǎn)使得Redis快速而且容易使用，但要知道Redis并不適用于所有的應(yīng)用場(chǎng)景