Redis是什么？架构是怎么样的？
Redis是什么？架构是怎么样的？
Redis是一种高性能的远程字典服务，通过缓存机制有效解决了数据库查询压力问题。本文将通过一个具体场景，逐步介绍Redis的核心特性和工作原理。
假设有一个商品服务，它需要对外提供每秒1万次查询，但背后的MySQL数据库却只能提供每秒5000次查询。这种情况下，MySQL很容易被压垮。
这类大流量查询场景非常常见，比如双十一秒杀和春节抢车票。那么，有没有办法在不压垮MySQL的情况下，让商品服务支持每秒1万次查询呢？
本地缓存
我们知道，查询内存的速度比查询磁盘要快得多。如果能在商品服务的内存中申请一个字典（在Python中叫dict，在Java中叫map），将商品ID作为key，商品数据作为value，那么通过商品ID就能快速查到商品数据。
发生查询时，优先去查内存字典，如果没有结果再跑到MySQL数据库里查询，并将结果顺手放内存字典里，下次就能直接从内存里查出来。
像这样，放在服务内部的缓存，就是所谓的本地缓存。有了本地缓存的加持，真正打到MySQL的查询量就会大大减少。
远程缓存
但是，如果商品服务有多个实例，每个实例都重复缓存一份本地内存，就会有些浪费。因此，更好的解决方案是将这部分字典内存抽出来，单独做成一个服务，这就是所谓的远程缓存服务。
但是，多个商品服务通过网络去读写同一份远程缓存，会存在并发问题。为了解决这个问题，可以对外不管有多少个网络连接，收到读写命令后，都统一塞到一个线程上，在一个线程上对字典进行读写，这样并发问题和线程切换开销就完全不存在了。
多种数据类型支持
现在缓存服务里，只有一个字典类型。key和value都是字符串。但是，我们平时写代码的时候，还会用到很多其他内存里的数据结构，比如先进先出的队列（List）、用于去重的Set类型、可以做排行榜的ZSet等。因此，对字段的value进行扩展，支持这些数据结构，可以让缓存服务更强大。
内存过期策略
缓存服务支持的数据结构变多了之后，塞到内存里的数据就越来越多了，内存又小又贵，迟早扛不住。怎么办呢？可以给缓存里的数据加个过期时间，一旦数据过期，就从内存里删掉，可以很大程度缓解掉内存增长速度。
但是，不能指望每个调用方都是老实人，如果都不设置过期时间，那内存还是得炸。有解法吗？有！在内存接近上限的时候，根据一些策略删除掉一些内存。比如可以将最近最少使用的内存删掉，也就是所谓的LRU，这样不仅解决了内存过大的问题，还让redis里的数据全是热点数据。真是一箭双雕。
持久化
现在内存过大的问题是解决了。但还有个问题，mysql之所以过得那么舒服，那是因为前面有个缓存服务挡住了大部分流量。一旦缓存服务重启，那内存就全丢了，这时候流量会全都打到mysql身上，疼得它嗷嗷叫。所以我们还需要给redis加入最大程度的持久化保证。确保服务重启后不至于什么数据都没有。
于是可以在缓存服务里加个异步线程，定期将全量内存数据定期持久化到磁盘文件里，而这种将内存数据生成快照保存到文件的方式，就是所谓的RDB，Redis Database Backup。它可以每隔几分钟记录下缓存服务的全量数据，类似于游戏的"存档"。
这样就算进程挂了，重启的时候，通过加载快照文件，就能复原大部分数据。之所以说是大部分，是因为"存档"之后写入的数据可能会丢。那还有其他方式可以保留更多数据吗？有！全量数据备份当然耗时，那我们化整为零，在每次写入数据时，顺手将数据记录到文件缓存中，并每秒将文件缓存刷入磁盘，这种持久化机制叫AOF，Append Only File，服务启动时跟着文件重新执行一遍就能将大部分数据还原，最大程度保证了数据持久化。那问题就来了，AOF文件会不会很大？没事，定期重写压缩就行，比如a被依次赋值a=1，a=2，最终保留a=2就够了。
简化网络协议
刚刚提到远程缓存服务对外提供读写能力，那是对外提供的HTTP接口吗？当然不是！我们知道，HTTP是基于TCP做的通信，实现了很多笨重的特性。既然当初是为了性能，特地上的缓存服务，那就索性彻底点，抛弃HTTP，直接基于TCP做传输就好！传输协议也设计得简单点，比如只要通过TCP传入SET key value，就能完成写入。传入"GET key"就能获得对应的value。非常简洁。
那传输协议的解析需要我们自己写代码去实现吗？完全不需要，redis官方提供了一个命令行工具，redis-cli，通过它，我们可以输入一些命令，读写Redis服务器里的各种内存数据。不想用命令行也没关系，各路大神已经用各种语言将redis-cli支持的命令实现了一遍，完全不需要自己手写。
Redis是什么？
好了，到这里，当初那个简陋的远程缓存服务，就成了一个高性能，支持多种数据类型和各种缓存淘汰策略，并提供一定持久化能力的超强缓存服务，没错，它就是我们常说的Redis，全称Remote Dictionary Server，这名字就很精辟了，说白了redis就是一个远程的字典服务。
redis作为架构中最常用的提速神器，是万金油一般的存在，将它放在mysql面前挡一道查询只是最基础的用法。通过扩展插件，还能实现各种高阶玩法。比如RedisJSON支持复杂的JSON查询和更新，说白了就是内存版本的MongoDB。RediSearch支持全文搜索，说白了就是内存丐版的es。RedisGraph支持图数据库功能，类似Neo4j，RedisTimeSeries处理时间序列数据，也就是内存版InfluxDB。大有一种要在内存里将所有中间件都实现一遍的味道。
现在大家通了吗？
总结
- Redis本质上就是一个远程字典服务，所有读写命令等核心逻辑，都在一个线程上完成。什么并发问题和线程切换开销，完全不存在！
- Redis支持多种数据类型、内存过期策略和多种缓存失效策略，通过TCP对外提供了一套非常简单的传输协议。
- Redis加入了最大程度的持久化保证。将数据持久化为rdb和AOF,确保服务重启后不至于什么数据都没有。
- Redis支持多种扩展，玩法非常多，比如RediSearch和RedisJSON。
最后遗留一个问题，Redis到目前为止就是一个单机服务，高性能是有了，但高可用和可扩展性是一点没看到。这就需要聊聊主从、哨兵和集群模式了，如果大家感兴趣，下期我们聊聊这个话题。