声明
本文内容绝大部分参考了深入学习Redis（1）：Redis内存模型内容，该系统博文会比较详细，本文主要记录的是Redis一些全方位介绍。
概览
内存数据库，通过在内存中读写数据，大大的提高了读写数据。
数据类型
- 字符串
- int
- embstr
- raw
- 哈希
- 列表
- 压缩列表
- 双端列表
只有同时满足下面两个条件时，才会使用压缩列表：列表中元素数量小于512个；列表中所有字符串对象都不足64字节。如果有一个条件不满足，则使用双端列表；且编码只可能由压缩列表转化为双端链表，反方向则不可能。
- 集合
- 有序集合
内存统计
info memory
- used_memory
Redis分配器分配的内存总量（单位是字节），包括使用的虚拟内存（即swap）；used_memory_human只是显示更友好。
- used_memory_rss
Redis进程占据操作系统的内存（单位是字节），与top及ps命令看到的值是一致的；除了分配器分配的内存之外，used_memory_rss还包括进程运行本身需要的内存、内存碎片等，但是不包括虚拟内存。
因此，used_memory和used_memory_rss，前者是从Redis角度得到的量，后者是从操作系统角度得到的量。二者之所以有所不同，一方面是因为内存碎片和Redis进程运行需要占用内存，使得前者可能比后者小，另一方面虚拟内存的存在，使得前者可能比后者大。
- mem_fragmentation_ratio
内存碎片比率，该值是used_memory_rss / used_memory的比值。由于在实际应用中，Redis的数据量会比较大，此时进程运行占用的内存与Redis数据量和内存碎片相比，都会小得多；因此used_memory_rss和used_memory的比例，便成了衡量Redis内存碎片率的参数；这个参数就是mem_fragmentation_ratio。
mem_fragmentation_ratio一般大于1，且该值越大，内存碎片比例越大。mem_fragmentation_ratio<1，说明Redis使用了虚拟内存，由于虚拟内存的媒介是磁盘，比内存速度要慢很多，当这种情况出现时，应该及时排查，如果内存不足应该及时处理，如增加Redis节点、增加Redis服务器的内存、优化应用等。
一般来说，mem_fragmentation_ratio在1.03左右是比较健康的状态（对于jemalloc来说）；上面截图中的mem_fragmentation_ratio值很大，是因为还没有向Redis中存入数据，Redis进程本身运行的内存使得used_memory_rss 比used_memory大得多。
- mem_allocator
Redis使用的内存分配器，在编译时指定；可以是 libc 、jemalloc或者tcmalloc，默认是jemalloc；
内存划分
数据
这部分占用的内存会统计在used_memory中。Redis使用键值对存储数据，5种类型是Redis对外提供的，在Redis内部，每种类型可能有2种或更多的内部编码实现；此外，Redis在存储对象时，并不是直接将数据扔进内存，而是会对对象进行各种包装：如redisObject、SDS(简单动态字符串)等；
进程本身运行需要的内存
Redis主进程本身运行肯定需要占用内存，如代码、常量池等等；这部分内存大约几兆，在大多数生产环境中与Redis数据占用的内存相比可以忽略。这部分内存不是由jemalloc分配，因此不会统计在used_memory中。
补充说明：除了主进程外，Redis创建的子进程运行也会占用内存，如Redis执行AOF、RDB重写时创建的子进程。当然，这部分内存不属于Redis进程，也不会统计在used_memory和used_memory_rss中。
缓冲内存
缓冲内存包括客户端缓冲区、复制积压缓冲区、AOF缓冲区等；其中，客户端缓冲存储客户端连接的输入输出缓冲；复制积压缓冲用于部分复制功能；AOF缓冲区用于在进行AOF重写时，保存最近的写入命令。在了解相应功能之前，不需要知道这些缓冲的细节；这部分内存由jemalloc分配，因此会统计在used_memory中。
内存碎片
内存碎片是Redis在分配、回收物理内存过程中产生的。例如，如果对数据的更改频繁，而且数据之间的大小相差很大，可能导致redis释放的空间在物理内存中并没有释放，但redis又无法有效利用，这就形成了内存碎片。内存碎片不会统计在used_memory中。
内存碎片的产生与对数据进行的操作、数据的特点等都有关；此外，与使用的内存分配器也有关系：如果内存分配器设计合理，可以尽可能的减少内存碎片的产生。后面将要说到的jemalloc便在控制内存碎片方面做的很好。
如果Redis服务器中的内存碎片已经很大，可以通过安全重启的方式减小内存碎片：因为重启之后，Redis重新从备份文件中读取数据，在内存中进行重排，为每个数据重新选择合适的内存单元，减小内存碎片。
内存模型
redisObject的结构与对象类型、编码、内存回收、共享对象都关系，一个redisObject对象大小为16字节。
redis速度快原因
- 纯内存操作
- 单线程操作，避免了频繁的上下文切换
- 采用了非阻塞 I/O 多路复用机制
缺点
缓存和数据库双写一致性问题
- 原因
一致性问题是分布式常见问题，还可以再分为最终一致性和强一致性。数据库和缓存双写，就必然会存在不一致的问题。
有强一致性要求的数据，不能放缓存。
- 解决方案
采取正确更新策略，先更新数据库，再删缓存。其次，因为可能存在删除缓存失败的问题，提供一个补偿措施即可，例如利用消息队列。
缓存雪崩问题
- 原因
即缓存同一时间大面积的失效，这个时候又来了一波请求，结果请求都怼到数据库上，从而导致数据库连接异常。
- 解决方案
- 给缓存的失效时间，加上一个随机值，避免集体失效。
- 使用互斥锁，但是该方案吞吐量明显下降了。
- 双缓存。我们有两个缓存，缓存 A 和缓存 B。缓存 A 的失效时间为 20 分钟，缓存 B 不设失效时间。自己做缓存预热操作。
缓存击穿问题
- 原因
即黑客故意去请求缓存中不存在的数据，导致所有的请求都怼到数据库上，从而数据库连接异常。
- 解决方案
- 利用互斥锁，缓存失效的时候，先去获得锁，得到锁了，再去请求数据库。没得到锁，则休眠一段时间重试。
- 采用异步更新策略，无论 Key 是否取到值，都直接返回。Value 值中维护一个缓存失效时间，缓存如果过期，异步起一个线程去读数据库，更新缓存。需要做缓存预热(项目启动前，先加载缓存)操作。
- 提供一个能迅速判断请求是否有效的拦截机制，比如，利用布隆过滤器，内部维护一系列合法有效的 Key。迅速判断出，请求所携带的 Key 是否合法有效。如果不合法，则直接返回。
缓存的并发竞争问题
- 原因
同时有多个子系统去 Set 一个 Key
- 解决方案
- Redis 事务机制
- 使用分布式锁
过期策略/内存淘汰机制
采用的是定期删除+惰性删除策略,可以通过配置文件修改模式。
定期删除
Redis 默认每个 100ms 检查，是否有过期的 Key，有过期 Key 则删除.Redis 不是每个 100ms 将所有的 Key 检查一次,而是随机抽取进行检查(如果每隔 100ms，全部 Key 进行检查，Redis 岂不是卡死)。因此，如果只采用定期删除策略，会导致很多 Key 到时间没有删除。于是，惰性删除派上用场。
惰性删除策略
底层实现是LRU, Least Recent Use, key是存在于树上，不需要每次遍历所有key来删除，权重为过期时间+使用频率
存储细节
jemalloc
jemalloc作为Redis的默认内存分配器，在减小内存碎片方面做的相对比较好。jemalloc在64位系统中，将内存空间划分为小、大、巨大三个范围；每个范围内又划分了许多小的内存块单位；当Redis存储数据时，会选择大小最合适的内存块进行存储。
redisObject
Redis对象的类型、内部编码、内存回收、共享对象等功能，都需要redisObject支持。
- encoding
encoding表示对象的内部编码，占4个比特。对于Redis支持的每种类型，都有至少两种内部编码，例如对于字符串，有int、embstr、raw三种编码。通过encoding属性，Redis可以根据不同的使用场景来为对象设置不同的编码，大大提高了Redis的灵活性和效率。以列表对象为例，有压缩列表和双端链表两种编码方式；如果列表中的元素较少，Redis倾向于使用压缩列表进行存储，因为压缩列表占用内存更少，而且比双端链表可以更快载入；当列表对象元素较多时，压缩列表就会转化为更适合存储大量元素的双端链表。
SDS
Redis没有直接使用C字符串(即以空字符’\0’结尾的字符数组)作为默认的字符串表示，而是使用了SDS。SDS是简单动态字符串(Simple Dynamic String)的缩写。
SDS与C字符串的比较
SDS在C字符串的基础上加入了free和len字段，带来了很多好处：
- 获取字符串长度：SDS是O(1)，C字符串是O(n)
- 缓冲区溢出：使用C字符串的API时，如果字符串长度增加（如strcat操作）而忘记重新分配内存，很容易造成缓冲区的溢出；而SDS由于记录了长度，相应的API在可能造成缓冲区溢出时会自动重新分配内存，杜绝了缓冲区溢出。
- 修改字符串时内存的重分配：对于C字符串，如果要修改字符串，必须要重新分配内存（先释放再申请），因为如果没有重新分配，字符串长度增大时会造成内存缓冲区溢出，字符串长度减小时会造成内存泄露。而对于SDS，由于可以记录len和free，因此解除了字符串长度和空间数组长度之间的关联，可以在此基础上进行优化：空间预分配策略（即分配内存时比实际需要的多）使得字符串长度增大时重新分配内存的概率大大减小；惰性空间释放策略使得字符串长度减小时重新分配内存的概率大大减小。
- 存取二进制数据：SDS可以，C字符串不可以。因为C字符串以空字符作为字符串结束的标识，而对于一些二进制文件（如图片等），内容可能包括空字符串，因此C字符串无法正确存取；而SDS以字符串长度len来作为字符串结束标识，因此没有这个问题。 此外，由于SDS中的buf仍然使用了C字符串（即以’\0’结尾），因此SDS可以使用C字符串库中的部分函数；但是需要注意的是，只有当SDS用来存储文本数据时才可以这样使用，在存储二进制数据时则不行（’\0’不一定是结尾）。
对象类型与内部编码
Redis支持5种对象类型，每种结构都有至少两种编码；这样做的好处在于：
- 接口与实现分离，当需要增加或改变内部编码时，用户使用不受影响。
- 可以根据不同的应用场景切换内部编码，提高效率
