【重难点】【Redis 01】为什么使用 Redis、Redis 的线程模型、Redis 的数据类型及其底层数据结构

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【重难点】【Redis 01】为什么使用 Redis、Redis 的线程模型、Redis 的数据类型及其底层数据结构
一、为什么使用 Redis
二、Redis 的线程模型
三、Redis 的数据类型及其底层数据结构
- 1.数据类型及其应用场景
- 2.底层数据结构

一、为什么使用 Redis

Redis 是一个非常高效的非关系型数据库

随着互联网的发展，传统的关系型数据库已经不能满足所有的业务场景了，比如电商秒杀活动时候数据库需要瞬间处理大量的请求，非常容易造成数据库崩溃，所以需要引入缓存中间件。开源市场上主流的缓存中间件就是 Redis 和 Memcached，相较之下 Redis 的数据结构更加丰富，扩展性更强，并且原生支持集群模式

Redis 为什么高效

完全基于内存操作，无需进行磁盘 I/O
以单线程的方式处理请求，避免了不必要的线程上下文切换和锁竞争
使用 I/O 多路复用程序分派 Socket
底层数据结构进行过专门的设计

二、Redis 的线程模型

Redis 是一个由事件驱动的程序，因此 Redis 最重要的线程是它的文件事件处理器，这个文件事件处理器是以单线程的方式运行的，但可以通过 I/O 多路复用程序来监听多个 Socket，多路复用程序再将 Socket 交给文件事件分派器，分派器来选择对应的事件处理器（连接应答处理器、命令请求处理器、命令回复处理器）对 Socket 上的事件进行处理

I/O 多路复用程序工作原理

一个 Redis 服务器通常会连接多个 Socket 的，所以会有多个事件并发出现的情况。I/O 多路复用程序会将所有产生事件的 Socket 放在一个队列里面，然后通过这个队列，以有序、同步、每次一个 Socket 的方式向文件事件分派器传送套接字，当上一个 Socket 产生的事件背处理完毕之后，I/O 多路复用程序才会继续传送下一个 Socket

不同的操作系统有不同的多路复用函数，比如 Linux 的 select、poll、epoll。Redis 底层会判断当前操作系统的型号，并且调用性能最好的多路复用函数

三、Redis 的数据类型及其底层数据结构

1.数据类型及其应用场景

String

用作缓存，可以加快系统读写速度，还可以降低数据库压力
用作计数器，可以快速实现计数并提供实时查询，最终还可以根据需求落库
用作分布式会话存储，解决了分布式会话不统一的问题

Hash

应用场景比较少，需要根据实际业务细节来使用

List

用作消息队列，生产者通过 Lpush 从头部插入数据，消费者通过 BRpop 从尾部竞争
用作分页数据缓存，Redis 的 List 是有序的，并且支持范围查询

Set

用于分布式去重，如果数据分布在两台 JVM 上，就可以用 Redis 来去重

Sorted Set

用于实现排行榜
用于实现优先级队列

2.底层数据结构

简单动态字符串

对 C 语言的字符串进行了封装，增加了 len 字段，在安全性、效率和功能性上优于 C 语言的字符串

双端链表

是 List 键的底层实现

字典

是 Hash 键和数据库的底层实现

跳跃表

跳跃表的节点包含四个属性：level、backward、score 和 obj

是有序集合键的底层实现之一，还在集群节点中用作内部数据结构，此外，跳跃表在 Redis 里面没有其他用途

平均查询时间复杂度为 O(logn)、最差为 O(n)

整数集合

是 Set 键的底层实现之一

压缩列表

压缩列表是为了节约内存开发的，是一块连续的内存，类似于数组

是 Lish 键和 Hash 键的底层实现之一，当元素较少时就会使用压缩列表

对象

Redis 并不是直接使用上述数据结构实现键值对数据库的，而是基于这些数据结构创建了一个对象系统，这个系统包含字符串键、哈希键、列表键、集合键和有序集合键盘。并且 Redis 的对象带有访问时间记录信息，可以用于计算该对象的空转时长