NoSql数据库Redis知识点

数据库的分类

关系型数据库 ，是建立在关系模型基础上的数据库，其借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库
中的数据主流的 MySQL 、 Oracle 、 MS SQL Server 和 DB2 都属于这类传统数据库。
NoSQL 数据库 ，全称为 Not Only SQL ，意思就是适用关系型数据库的时候就使用关系型数据库，不适
用的时候也没有必要非使用关系型数据库不可，可以考虑使用更加合适的数据存储。主要分为临时性键值存储（memcached 、 Redis ）、永久性键值存储（ ROMA 、 Redis ）、面向文档的数据库
（ MongoDB 、 CouchDB ）、面向列的数据库（ Cassandra 、 HBase ），每种 NoSQL 都有其特有的使用场景及优点。

Redis简介

Redis 是一个开源的、遵循 BSD 协议的、基于内存的而且目前比较流行的键值数据库 (key-value
database) ，是一个非关系型数据库， redis 提供将内存通过网络远程共享的一种服务，提供类似功能的还有memcached ，但相比 memcached ， redis 还提供了易扩展、高性能、具备数据持久性等功能。 Redis 在高并发、低延迟环境要求比较高的环境使用量非常广泛。

Redis核心特性

丰富的数据类型：Redis不仅支持基本的键值存储，还提供了字符串、列表、集合、哈希表和有序集合等数据结构。这些数据类型为开发者提供了灵活的操作能力，适应不同的应用场景。

原子性操作：Redis的所有操作都是原子性的，这意味着每个操作要么完全执行，要么完全不执行，确保了数据的一致性和完整性。

持久化机制：Redis支持将内存中的数据保存到磁盘上，以便在系统重启后恢复数据。这提供了数据安全性，防止系统故障导致的数据丢失。

发布订阅模式：Redis内置了发布/订阅模式，允许客户端之间通过消息传递进行通信，适用于消息队列和实时数据传输平台。

单线程模型：尽管Redis是单线程的，但它通过高效的事件驱动模型来处理并发请求，确保了高性能和低延迟。

主从复制：Redis支持主从复制，可以通过从节点备份数据或分担读请求，提高数据的可用性和系统的伸缩性。

Redis部署方式分类

Redis有四种主要的部署方式：单节点模式、主从模式、哨兵模式和集群模式。

单节点模式

定义：单节点模式是Redis最简单的部署方式，就是在一台服务器上运行一个Redis实例，提供数据的读写服务。

优点：配置简单，操作简单，性能高，没有网络开销和数据同步的延迟。

缺点：数据容量受限于单台服务器的内存大小，无法进行横向扩展；数据安全性低，一旦服务器宕机或者数据损坏，会造成数据的丢失或不一致

主从模式

定义：主从模式是在单节点模式的基础上，增加了数据的复制功能。主从模式下，有一个主节点（master）和一个或多个从节点（slave）。主节点负责处理数据的读写操作，从节点负责复制主节点的数据，并可以提供只读服务。

优点：数据冗余，提高了数据的安全性和可靠性，可以用于数据的备份和恢复；负载均衡，分担了主节点的读压力，提高了系统的吞吐量和响应速度；故障恢复，当主节点发生故障时，可以手动或自动地将一个从节点升级为新的主节点，实现主节点的故障转移。

缺点：数据一致性不强，由于主从复制是异步的，可能会出现主从数据不一致的情况，尤其是在主节点故障时，从节点可能会丢失一部分未复制的数据；故障转移不自动，当主节点发生故障时，需要人工介入或者借助其他工具来实现从节点的自动升级，这会造成一定的服务中断和数据丢失

工作过程：

从服务器（slave）连接到主服务器（master）。
从服务器发送SYNC命令给主服务器。
主服务器执行BGSAVE命令，生成RDB文件，同时使用缓冲区记录此后执行的所有写命令。
主服务器将RDB文件发送给从服务器，从服务器接收并载入到内存中。
主服务器将缓冲区中的写命令发送给从服务器，从服务器执行这些命令。
如果有新的写命令到达主服务器，它们会被放入缓冲区等待同步。
当从服务器完成数据同步后，它会向主服务器发送一个确认消息。
主服务器收到确认消息后，将缓冲区中的写命令应用到自己的数据库中。
从服务器开始接受客户端的读请求。

哨兵模式（高可用）

定义：哨兵模式是在主从模式的基础上，引入了哨兵（sentinel）节点，用于监控主节点和从节点的运行状态，并在主节点发生故障时，自动将一个从节点升级为新的主节点，实现主节点的自动故障转移。

优点：自动故障转移，无需人工干预，减少了服务中断和数据丢失的风险；集群监控，可以实时感知主从节点的健康状况，及时发现和处理异常情况；配置中心，可以提供主节点的动态发现和通知服务，方便客户端的连接和切换。

缺点：部署复杂，需要维护额外的哨兵节点，增加了系统的管理成本；数据一致性仍然不强，由于主从复制仍然是异步的，故障转移过程中仍然可能会出现数据不一致的情况；存储能力仍然受限，由于所有的从节点都要复制主节点的全部数据，无法实现数据的分片存储，导致存储能力受限于单台服务器的内存大小。

工作过程：

每个哨兵 (Sentinel) 进程会向其它哨兵 (Sentinel) 、 Master 、 Slave 定时发送消息，以确认对方是否 " 活 "着，如果发现对方在指定配置时间( 此项可配置 ) 内未得到回应，则暂时认为对方已离线，也就是所谓的主观认为宕机"
当 " 哨兵群 " 中的多数 Sentinel 进程在对 Master 主服务器做出 SDOWN 的判断，并且通过 SENTINEL is-master-down-by-addr 命令互相交流之后，得出的 Master Server 下线判断，这种方式就是" 客观宕机 "
宕机后通过一定的 vote 算法，从剩下的 slave 从服务器节点中，选一台提升为 Master 服务器节点，然后自动修改相关配置，并开启故障转移（failover ）

集群模式

定义：集群模式是Redis最高级的部署方式，它是通过分片（sharding）技术，将数据分散存储在多个节点上，每个节点都可以执行读写操作，并且每个节点都有相应的从节点，保证数据的高可用性。

优点：存储能力强，可以通过增加节点的数量，实现数据的水平扩展，突破单台服务器的内存限制；性能高，可以通过分散读写压力，提高系统的并发能力和响应速度；高可用，可以通过主从复制和故障转移，实现数据的冗余和容错，保证服务的稳定性。

缺点：部署非常复杂，需要配置多个节点的角色、槽位、复制关系等，增加了系统的管理难度；数据一致性最弱，由于数据分散在多个节点上，且主从复制和故障转移都是异步的，可能会出现数据不一致、丢失或重复的情况；功能受限，由于数据分布在不同的节点上，一些涉及多个键的操作，如事务、聚合函数、跨节点的键迁移等，都会受到限制或不支持。