使用Redis的理由

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　　Redis是一個遠程記憶體資料庫，它不僅效能強勁，而且還具有複製特性以及為解決問題而生的獨一無二的資料模型。Redis提供了5種不同類型的資料結構，各式各樣的問題都可以很自然地映射到這些資料結構上：Redis的資料結構致力於協助使用者解決問題，而不會像其他資料庫那樣，要求使用者扭曲問題來適應資料庫。除此之外，通過複製、持久化（persistence）和用戶端分區（client-side sharding）等特性，使用者可以很方便地將Redis擴充成一個能夠包含數百GB資料、每秒處理上百萬次請求的系統。

 　　筆者第一次使用Redis是在一家公司裡面，這家公司需要對一個儲存了6萬個客戶連絡方式的關聯式資料庫進行搜尋，搜尋可以根據名字、郵件地址、所在地和電話號碼來進行，每次搜尋需要花費10～15秒的時間。在花了一周時間學習Redis的基礎知識之後，我使用Redis重寫了一個新的搜尋引擎，然後又花費了數周時間來仔細測試這個新系統，使它達到生產層級，最終這個新的搜尋系統不僅可以根據名字、郵件地址、所在地和電話號碼等資訊來過濾和排序客戶連絡方式，並且每次操作都可以在50毫秒之內完成，這比原來的搜尋系統足足快了 200 倍。

 

1、Redis簡介

　　前面對於Redis資料庫的描述只說出了一部分真相。Redis是一個速度非常快的非關聯式資料庫（non-relational database），它可以儲存鍵（key）與5種不同類型的值（value）之間的映射（mapping），可以將儲存在記憶體的索引值對資料持久化到硬碟，可以使用複製特性來擴充讀效能，還可以使用用戶端分區1來擴充寫效能。

 

2、使用Redis的理由

　　有memcached使用經驗的讀者可能知道，使用者只能用APPEND命令將資料添加到已有字串的末尾。memcached的文檔中聲明，可以用APPEND命令來管理元素列表。這很好！使用者可以將元素追加到一個字串的末尾，並將那個字串當作列表來使用。但隨後如何刪除這些元素呢？memcached採用的辦法是通過黑名單（blacklist）來隱藏列表裡面的元素，從而避免對元素執行讀取、更新、寫入（包括在一次資料庫查詢之後執行的memcached寫入）等操作。相反地，Redis的LIST和SET允許使用者直接添加或者刪除元素。

　　使用Redis而不是memcached來解決問題，不僅可以讓代碼變得更簡短、更易懂、更易維護，而且還可以使代碼的運行速度更快（因為使用者不需要通過讀取資料庫來更新資料）。除此之外，在其他許多情況下，Redis的效率和易用性也比關聯式資料庫要好得多。

　　資料庫的一個常見用法是儲存長期的報告資料，並將這些報告資料用作固定時間範圍內的彙總資料（aggregates）。收集彙總資料的常見做法是：先將各個行插入一個報告表裡面，之後再通過掃描這些行來收集彙總資料，並根據收集到的彙總資料來更新彙總表中已有的那些行。之所以使用插入行的方式來儲存，是因為對於大部分資料庫來說，插入行操作的執行速度非常快（插入行只會在硬碟檔案末尾進行寫入）。不過，對錶裡面的行進行更新卻是一個速度相當慢的操作，因為這種更新除了會引起一次隨機讀（random read）之外，還可能會引起一次隨機寫（random write）。而在Redis裡面，使用者可以直接使用原子的（atomic）INCR命令及其變種來計算彙總資料，並且因為Redis將資料存放區在記憶體裡面2，而且發送給Redis的命令請求並不需要經過典型的查詢分析器（parser）或者查詢最佳化工具（optimizer）進行處理，所以對Redis儲存的資料執行隨機寫的速度總是非常迅速的。

　　使用 Redis 而不是關聯式資料庫或者其他硬碟儲存資料庫，可以避免寫入不必要的臨時資料，也免去了對臨時資料進行掃描或者刪除的麻煩，並最終改善程式的效能。雖然上面列舉的都是一些簡單的例子，但它們很好地證明了“工具會極大地改變人們解決問題的方式”這一點。

 

3、Redis與其他資料庫和軟體的對比

　　如果你熟悉關聯式資料庫，那麼你肯定寫過用來關聯兩個表的資料的SQL查詢。而Redis則屬於人們常說的NoSQL資料庫或者非關聯式資料庫：Redis不使用表，它的資料庫也不會預定義或者強制去要求使用者對Redis儲存的不同資料進行關聯。

　　高效能索引值快取服務器memcached也經常被拿來與Redis進行比較：這兩者都可用於儲存索引值映射，彼此的效能也相差無幾，但是Redis能夠自動以兩種不同的方式將資料寫入硬碟，並且Redis除了能儲存普通的字串鍵之外，還可以儲存其他4種資料結構，而memcached只能儲存普通的字串鍵。這些不同之處使得Redis可以用於解決更為廣泛的問題，並且既可以用作主要資料庫（primary database）使用，又可以作為其他儲存系統的次要資料庫（auxiliary database）使用。

　　本書的後續章節會分別介紹將Redis用作主儲存（primary storage）和二級儲存（secondary storage）時的用法和查詢模式。一般來說，許多使用者只會在Redis的效能或者功能是必要的情況下，才會將資料存放區到Redis裡面：如果程式對效能的要求不高，又或者因為費用原因而沒辦法將大量資料存放區到記憶體裡面，那麼使用者可能會選擇使用關聯式資料庫，或者其他非關聯式資料庫。在實際中，讀者應該根據自己的需求來決定是否使用Redis，並考慮是將Redis用作主儲存還是輔助儲存，以及如何通過複製、持久化和事務等手段保證資料的完整性。展示了一部分在功能上與Redis有重疊的資料庫伺服器和快取服務器，從以下表中可以看出Redis與這些資料庫及軟體之間的區別。

 

一些資料庫和快取服務器的特性與功能

名稱	類型	資料存放區選項	查詢類型	附加功能
Redis	使用記憶體儲存（in-memory）的非關聯式資料庫	字串、列表、集合、散列表、有序集合	每種資料類型都有自己的專屬命令，另外還有大量操作（bulk operation）和不完全（partial）的事務支援	發布與訂閱，主從複製（master/slave replication），持久化，指令碼（預存程序，stored procedure）
memcached	使用記憶體儲存的索引值緩衝	索引值之間的映射	建立命令、讀取命令、更新命令、刪除命令以及其他幾個命令	為提升效能而設的多線程伺服器
MySQL	關聯式資料庫	每個資料庫可以包含多個表，每個表可以包含多個行；可以處理多個表的視圖（view）；支援空間（spatial）和第三方擴充	SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE、函數、預存程序	支援ACID性質（需要使用InnoDB），主從複製和主主複製 （master/master replication）
PostgreSQL	關聯式資料庫	每個資料庫可以包含多個表，每個表可以包含多個行；可以處理多個表的視圖；支援空間和第三方擴充；支援可定製類型	SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE、內建函數、自訂的預存程序	支援ACID性質，主從複製，由第三方支援的多主複製（multi-master replication）
MongoDB	使用硬碟儲存（on-disk）的非關係文檔儲存	每個資料庫可以包含多個表，每個表可以包含多個無schema（schema-less）的BSON文檔	建立命令、讀取命令、更新命令、刪除命令、條件查詢命令等	支援map-reduce操作，主從複製，分區，空間索引（spatial index）

  4、Redis附加特性

　　在使用類似Redis這樣的記憶體資料庫時，一個首先要考慮的問題就是“當伺服器被關閉時，伺服器儲存的資料將何去何從呢？”Redis擁有兩種不同形式的持久化方法，它們都可以用小而緊湊的格式將儲存在記憶體中的資料寫入硬碟：第一種持久化方法為時間點轉儲（point-in-time dump），轉儲操作既可以在“指定時間段內有指定數量的寫操作執行”這一條件被滿足時執行，又可以通過調用兩條轉儲到硬碟（dump-to-disk）命令中的任何一條來執行；第二種持久化方法將所有修改了資料庫的命令都寫入一個只追加（append-only）檔案裡面，使用者可以根據資料的重要程度，將只追加寫入設定為從不同步（sync）、每秒同步一次或者每寫入一個命令就同步一次。我們將在第4章中更加深入地討論這些持久化選項。

 　　另外，儘管Redis的效能很好，但受限於Redis的記憶體儲存設計，有時候只使用一台Redis伺服器可能沒有辦法處理所有請求。因此，為了擴充Redis的讀效能，並為Redis提供容錯移轉（failover）支援，Redis實現了主從複製特性：執行複製的從伺服器會串連上主伺服器，接收主伺服器發送的整個資料庫的初始副本（copy）；之後主伺服器執行的寫命令，都會被發送給所有串連著的從伺服器去執行，從而即時地更新從伺服器的資料集。因為從伺服器包含的資料會不斷地進行更新，所以用戶端可以向任意一個從伺服器發送讀請求，以此來避免對主伺服器進行集中式的訪問。我們將在第4章中更加深入地討論Redis從伺服器。

 

 

 

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