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Redis緩存的奧秘：存儲機制研究
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隨著互聯(lián)網(wǎng)應用程序的不斷發(fā)展，性能優(yōu)化成為了網(wǎng)站架構(gòu)設計的重要組成部分。而緩存系統(tǒng)的應用也變得越來越廣泛，Redis作為一種高效的緩存工具受到了廣泛的關(guān)注和使用。本文將從存儲機制的角度出發(fā)，深入探索Redis緩存的奧秘。
1. Redis的存儲結(jié)構(gòu)
Redis的存儲結(jié)構(gòu)可以分為五類：字符串、哈希、列表、集合和有序集合。
– 字符串：最基本的數(shù)據(jù)類型，存儲任意類型的字符串、數(shù)字和二進制數(shù)據(jù)，字符串鍵值對被稱為一個最簡單的字符串類型。
– 哈希：由一個鍵和一個存儲多個鍵值對的哈希表組成，可以優(yōu)雅地存儲各式各樣的鍵值對。 Redis的哈希底層采用的是hash table，可以改變其表頭大小來與遷移成員時候使用。
– 列表：一個鏈表結(jié)構(gòu)，可以存儲由字符串、哈希、列表、集合和有序集合等數(shù)據(jù)類型組成的列表。
– 集合：可以存儲不重復的字符串元素集合，底層采用hash table結(jié)構(gòu)存儲，可以實現(xiàn)多個集合交、并、差集等操作。
– 有序集合：由元素和分數(shù)組成，分數(shù)可以是浮點型數(shù)值，元素可以按照分數(shù)的大小進行排序。底層采用兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)：字典和跳躍表， 字典用于元素和分數(shù)的映射，而跳躍表實現(xiàn)元素的順序存儲。
2. Redis的存儲機制
Redis可以將數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)存或磁盤中，內(nèi)存緩存優(yōu)點是訪問速度快，缺點是數(shù)據(jù)容易丟失；磁盤緩存優(yōu)點是不易丟失，缺點是訪問速度相對較慢。Redis采用的是內(nèi)存中存儲數(shù)據(jù)，通過持久化機制保證數(shù)據(jù)的不丟失。 Redis提供兩種持久化方式：RDB和AOF。
– RDB（Redis DataBase）：以實際的數(shù)據(jù)快照來保存數(shù)據(jù)庫狀態(tài)，將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)直接以 binary文件形式保存在硬盤上，通過定期執(zhí)行SAVE或BGSAVE命令將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)集快照寫入磁盤，或者在Redis.conf配置文件中修改持久化條件，控制持久化主從的同步狀態(tài)。優(yōu)點是節(jié)約系統(tǒng)資源，不過對數(shù)據(jù)的完整性要求較高，對內(nèi)存容量要求也比較大。
– AOF（Append-only file）：以日志方式記錄所有的寫操作，將所有的讀寫指令序列化成命令序列存儲到磁盤上，重啟Redis服務器時只需要在AOF文件中調(diào)用每一個命令即可完全恢復內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。AOF文件較為靈活，同時也存在數(shù)據(jù)丟失的風險。
3. Redis的回收機制
由于Redis的存儲數(shù)據(jù)都是在內(nèi)存中，因此內(nèi)存占用及釋放對Redis實現(xiàn)緩存、緩解服務器負荷有重要的影響。Redis的內(nèi)存管理機制采用的是”常規(guī)內(nèi)存管理算法+ 自己的特色內(nèi)存回收策略”，常規(guī)內(nèi)存管理包括了slab（簡化了內(nèi)存的分配和釋放，減少了內(nèi)存碎片）、jemalloc等。 Redis自己的特色內(nèi)存回收策略比較特別，采用的是LRU（LeastRecentlyUsed,最近最少使用）算法，每當Redis服務占用內(nèi)存過大時，會優(yōu)先清除一些緩存數(shù)據(jù)，以保證內(nèi)存的容量。
在實際使用中，我們需要針對不同的業(yè)務場景對緩存數(shù)據(jù)進行釋放。通常，對于一個閑置的緩存，Redis會將其放入 LRU鏈表的尾部，而對于一個新的緩存，則會將其放入鏈表的頭部。當內(nèi)存容量達到一定程度時，Redis會按照鏈表的順序?qū)⒉糠志彺孢M行淘汰，釋放空間以存儲新的緩存，這就是Redis采用的LRU回收機制。
4. Redis的分布式機制
Redis支持主從復制，可以將數(shù)據(jù)從一個主節(jié)點同步到多個從節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時備份。主節(jié)點出現(xiàn)故障時，可以通過自動選取從節(jié)點上的數(shù)據(jù)來進行備份，使得服務的持續(xù)性得到保證。同時，Redis也支持Sentinel/sentinel cluster，實現(xiàn)故障自動切換，提高Redis的穩(wěn)定性。
Redis作為一種高效可靠的緩存工具，通過深入了解Redis的存儲機制、緩存回收機制和分布式機制等等方面，可以更好地了解和掌握Redis的使用和優(yōu)化方法。
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