Redis基础：特点(内存运行、原子性、持久化)、5种基本数据类型与3种特殊数据类型、redis命令、发布订阅机制、事务(单条命令原子性事务不是原子性)、数据备份与恢复、安全
一、redis 简介
Redis 是完全开源的，遵守 BSD 协议，是一个高性能的 key-value 数据库。
1、Redis 与其他 key - value 缓存产品有以下三个特点：
（1）Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。
（2）Redis不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储。
（3）Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。
2、Redis 优势
（1）性能极高 – Redis能读的速度是110000次/s,写的速度是81000次/s 。
（2）丰富的数据类型 – Redis支持二进制案例的 Strings, Lists, Hashes, Sets 及 Ordered Sets 数据类型操作。
（3）原子 – Redis的所有操作都是原子性的，意思就是要么成功执行要么失败完全不执行。单个操作是原子性的。多个操作也支持事务，即原子性，通过MULTI和EXEC指令包起来。
（4）丰富的特性 – Redis还支持 publish/subscribe, 通知, key 过期等等特性。
3、Redis与其他key-value存储有什么不同？
（1）Redis有着更为复杂的数据结构并且提供对他们的原子性操作，这是一个不同于其他数据库的进化路径。Redis的数据类型都是基于基本数据结构的同时对程序员透明，无需进行额外的抽象。
（2）Redis运行在内存中但是可以持久化到磁盘，所以在对不同数据集进行高速读写时需要权衡内存，因为数据量不能大于硬件内存。
在内存数据库方面的另一个优点是，相比在磁盘上相同的复杂的数据结构，在内存中操作起来非常简单，这样Redis可以做很多内部复杂性很强的事情。
同时，在磁盘格式方面他们是紧凑的以追加的方式产生的，因为他们并不需要进行随机访问。
二、数据类型
1、Redis支持：
（1）五种基本数据类型：string（字符串），hash（哈希），list（列表），set（集合）及 zset(sorted set：有序集合)；
（2）三种特殊数据类型：HyperLogLog（用来做基数统计的算法）、GEO（用于存储地理位置信息）、Stream（用于消息队列）
2、string 类型是 Redis 最基本的数据类型，最大能存储 512MB。
string 类型是二进制安全的。意思是 redis 的 string 可以包含任何数据，比如jpg图片或者序列化的对象。
3、hash 是一个键值(key=>value)对集合。Redis hash 是一个 string 类型的 field 和 value 的映射表，hash 特别适合用于存储对象。
每个 hash 可以存储 232 -1 键值对（40多亿）
4、List（列表）是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。你可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边）。列表最多可存储 232 - 1 元素 (4294967295, 每个列表可存储40多亿)。
5、Set（集合）是 string 类型的无序集合。集合是通过哈希表实现的，所以添加，删除，查找的复杂度都是 O(1)。最大的成员数为 232 - 1。
6、zset(sorted set：有序集合)和 set 一样，不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。zset的成员是唯一的，但分数(score)却可以重复。
三、redis 命令
1、Redis 命令用于在 redis 服务上执行操作。要在 redis 服务上执行命令需要一个 redis 客户端。
Redis 客户端的基本语法为：redis-cli
在远程 redis 服务上执行命令，同样我们使用的也是 redis-cli 命令：redis-cli -h host -p port -a password
注意：有时候会有中文乱码。要在 redis-cli 后面加上 --raw：redis-cli --raw，就不会有中文乱码了。
2、关于各种数据类型的命令，详见：https://www.runoob.com/redis/redis-commands.html
四、发布订阅
1、Redis 发布订阅 (pub/sub) 是一种消息通信模式：发送者 (pub) 发送消息，订阅者 (sub) 接收消息。Redis 客户端可以订阅任意数量的频道。
下图展示了频道 channel1 ， 以及订阅这个频道的三个客户端 —— client2 、 client5 和 client1 之间的关系：
当有新消息通过 PUBLISH 命令发送给频道 channel1 时， 这个消息就会被发送给订阅它的三个客户端：
2、实例介绍
-- 创建了订阅频道名为 runoobChat
redis 127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE runoobChat
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "redisChat"
3) (integer) 1
-- 重新开启个 redis 客户端，然后在同一个频道 runoobChat 发布两次消息，订阅者就能接收到消息。
redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH runoobChat "Redis PUBLISH test"
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> PUBLISH runoobChat "Learn redis by runoob.com"
(integer) 1
-- 订阅者的客户端会显示如下消息
1) "message"
2) "runoobChat"
3) "Redis PUBLISH test"
1) "message"
2) "runoobChat"
3) "Learn redis by runoob.com"
五、redis 事务
1、Redis 事务可以一次执行多个命令， 并且带有以下三个重要的保证：
（1）批量操作在发送 EXEC 命令前被放入队列缓存。
（2）收到 EXEC 命令后进入事务执行，事务中任意命令执行失败，其余的命令依然被执行。
（3）在事务执行过程，其他客户端提交的命令请求不会插入到事务执行命令序列中。
2、一个事务从开始到执行会经历以下三个阶段：开始事务、命令入队、执行事务。
3、实例：以下是一个事务的例子， 它先以 MULTI 开始一个事务， 然后将多个命令入队到事务中， 最后由 EXEC 命令触发事务， 一并执行事务中的所有命令：
redis 127.0.0.1:6379> MULTI
OK
redis 127.0.0.1:6379> SET book-name "Mastering C++ in 21 days"
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> GET book-name
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> SADD tag "C++" "Programming" "Mastering Series"
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> SMEMBERS tag
QUEUED
redis 127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) "Mastering C++ in 21 days"
3) (integer) 3
4) 1) "Mastering Series"
2) "C++"
3) "Programming"
单个 Redis 命令的执行是原子性的，但 Redis 没有在事务上增加任何维持原子性的机制，所以 Redis 事务的执行并不是原子性的。
事务可以理解为一个打包的批量执行脚本，但批量指令并非原子化的操作，中间某条指令的失败不会导致前面已做指令的回滚，也不会造成后续的指令不做。
六、HyperLogLog
Redis 在 2.8.9 版本添加了 HyperLogLog 结构。Redis HyperLogLog 是用来做基数统计的算法，HyperLogLog 的优点是，在输入元素的数量或者体积非常非常大时，计算基数所需的空间总是固定 的、并且是很小的。
在 Redis 里面，每个 HyperLogLog 键只需要花费 12 KB 内存，就可以计算接近 2^64 个不同元素的基 数。这和计算基数时，元素越多耗费内存就越多的集合形成鲜明对比。但是，因为 HyperLogLog 只会根据输入元素来计算基数，而不会储存输入元素本身，所以 HyperLogLog 不能像集合那样，返回输入的各个元素。
七、GEO
Redis GEO 主要用于存储地理位置信息，并对存储的信息进行操作，该功能在 Redis 3.2 版本新增。
八、Redis Stream
Redis Stream 是 Redis 5.0 版本新增加的数据结构。Redis Stream 主要用于消息队列（MQ，Message Queue），Redis 本身是有一个 Redis 发布订阅 (pub/sub) 来实现消息队列的功能，但它有个缺点就是消息无法持久化，如果出现网络断开、Redis 宕机等，消息就会被丢弃。简单来说发布订阅 (pub/sub) 可以分发消息，但无法记录历史消息。
而 Redis Stream 提供了消息的持久化和主备复制功能，可以让任何客户端访问任何时刻的数据，并且能记住每一个客户端的访问位置，还能保证消息不丢失。
Redis Stream 的结构如下所示，它有一个消息链表，将所有加入的消息都串起来，每个消息都有一个唯一的 ID 和对应的内容：
每个 Stream 都有唯一的名称，它就是 Redis 的 key，在我们首次使用 xadd 指令追加消息时自动创建。上图解析：
1、Consumer Group ：消费组，使用 XGROUP CREATE 命令创建，一个消费组有多个消费者(Consumer)。
2、last_delivered_id ：游标，每个消费组会有个游标 last_delivered_id，任意一个消费者读取了消息都会使游标 last_delivered_id 往前移动。
3、pending_ids ：消费者(Consumer)的状态变量，作用是维护消费者的未确认的 id。 pending_ids 记录了当前已经被客户端读取的消息，但是还没有 ack (Acknowledge character：确认字符）。
九、数据备份与恢复
1、备份数据：Redis SAVE 命令用于创建当前数据库的备份。该命令将在 redis 安装目录中创建dump.rdb文件。
创建 redis 备份文件也可以使用命令 BGSAVE，该命令在后台执行。
2、恢复数据：如果需要恢复数据，只需将备份文件 (dump.rdb) 移动到 redis 安装目录并启动服务即可。获取 redis 目录可以使用 CONFIG 命令，如下所示
redis 127.0.0.1:6379> CONFIG GET dir
1) "dir"
2) "/usr/local/redis/bin"
-- 以上命令 CONFIG GET dir 输出的 redis 安装目录为 /usr/local/redis/bin
十、redis 安全
我们可以通过 redis 的配置文件设置密码参数，这样客户端连接到 redis 服务就需要密码验证，这样可以让你的 redis 服务更安全。
-- 通过以下命令查看是否设置了密码验证：
127.0.0.1:6379> CONFIG get requirepass
1) "requirepass"
2) ""
-- 默认情况下 requirepass 参数是空的，这就意味着你无需通过密码验证就可以连接到 redis 服务。
-- 你可以通过以下命令来修改该参数：
127.0.0.1:6379> CONFIG set requirepass "runoob"
OK
127.0.0.1:6379> CONFIG get requirepass
1) "requirepass"
2) "runoob"
-- 设置密码后，客户端连接 redis 服务就需要密码验证，否则无法执行命令。
使用密码连接：AUTH 命令基本语法格式如下
127.0.0.1:6379> AUTH password
十一、管道技术
1、Redis 管道技术可以在服务端未响应时，客户端可以继续向服务端发送请求，并最终一次性读取所有服务端的响应。
2、管道技术最显著的优势是提高了 redis 服务的性能。
十二、分区
1、Redis 有两种类型分区。 假设有4个Redis实例 R0，R1，R2，R3，和类似user:1，user:2这样的表示用户的多个key，对既定的key有多种不同方式来选择这个key存放在哪个实例中。也就是说，有不同的系统来映射某个key到某个Redis服务。
2、范围分区：最简单的分区方式是按范围分区，就是映射一定范围的对象到特定的Redis实例。
比如，ID从0到10000的用户会保存到实例R0，ID从10001到 20000的用户会保存到R1，以此类推。这种方式是可行的，并且在实际中使用，不足就是要有一个区间范围到实例的映射表。这个表要被管理，同时还需要各种对象的映射表，通常对Redis来说并非是好的方法。
3、哈希分区：另外一种分区方法是hash分区。这对任何key都适用，也无需是object_name:这种形式，像下面描述的一样简单：
（1）用一个hash函数将 key 转换为一个数字，比如使用 crc32 hash 函数。对 key foobar 执行 crc32(foobar) 会输出类似93024922的整数。
（2）对这个整数取模，将其转化为0-3之间的数字，就可以将这个整数映射到4个Redis实例中的一个了。93024922 % 4 = 2，就是说key foobar应该被存到R2实例中。
注意：取模操作是取除的余数，通常在多种编程语言中用 % 操作符实现。
