探索Redis缓存的奥秘存储机制研究（redis缓存的存储机制）

Redis缓存的奥秘：存储机制研究

随着互联网应用程序的不断发展，性能优化成为了网站架构设计的重要组成部分。而缓存系统的应用也变得越来越广泛，Redis作为一种高效的缓存工具受到了广泛的关注和使用。本文将从存储机制的角度出发，深入探索Redis缓存的奥秘。

1. Redis的存储结构

Redis的存储结构可以分为五类：字符串、哈希、列表、集合和有序集合。

– 字符串：最基本的数据类型，存储任意类型的字符串、数字和二进制数据，字符串键值对被称为一个最简单的字符串类型。

– 哈希：由一个键和一个存储多个键值对的哈希表组成，可以优雅地存储各式各样的键值对。 Redis的哈希底层采用的是hash table，可以改变其表头大小来与迁移成员时候使用。

– 列表：一个链表结构，可以存储由字符串、哈希、列表、集合和有序集合等数据类型组成的列表。

– 集合：可以存储不重复的字符串元素集合，底层采用hash table结构存储，可以实现多个集合交、并、差集等操作。

– 有序集合：由元素和分数组成，分数可以是浮点型数值，元素可以按照分数的大小进行排序。底层采用两种数据结构实现：字典和跳跃表， 字典用于元素和分数的映射，而跳跃表实现元素的顺序存储。

2. Redis的存储机制

Redis可以将数据缓存在内存或磁盘中，内存缓存优点是访问速度快，缺点是数据容易丢失；磁盘缓存优点是不易丢失，缺点是访问速度相对较慢。Redis采用的是内存中存储数据，通过持久化机制保证数据的不丢失。 Redis提供两种持久化方式：RDB和AOF。

– RDB（Redis DataBase）：以实际的数据快照来保存数据库状态，将内存中的数据直接以 binary文件形式保存在硬盘上，通过定期执行SAVE或BGSAVE命令将内存中的数据集快照写入磁盘，或者在Redis.conf配置文件中修改持久化条件，控制持久化主从的同步状态。优点是节约系统资源，不过对数据的完整性要求较高，对内存容量要求也比较大。

– AOF（Append-only file）：以日志方式记录所有的写操作，将所有的读写指令序列化成命令序列存储到磁盘上，重启Redis服务器时只需要在AOF文件中调用每一个命令即可完全恢复内存中的数据。AOF文件较为灵活，同时也存在数据丢失的风险。

3. Redis的回收机制

由于Redis的存储数据都是在内存中，因此内存占用及释放对Redis实现缓存、缓解服务器负荷有重要的影响。Redis的内存管理机制采用的是”常规内存管理算法+ 自己的特色内存回收策略”，常规内存管理包括了slab（简化了内存的分配和释放，减少了内存碎片）、jemalloc等。 Redis自己的特色内存回收策略比较特别，采用的是LRU（LeastRecentlyUsed,最近最少使用）算法，每当Redis服务占用内存过大时，会优先清除一些缓存数据，以保证内存的容量。

在实际使用中，我们需要针对不同的业务场景对缓存数据进行释放。通常，对于一个闲置的缓存，Redis会将其放入 LRU链表的尾部，而对于一个新的缓存，则会将其放入链表的头部。当内存容量达到一定程度时，Redis会按照链表的顺序将部分缓存进行淘汰，释放空间以存储新的缓存，这就是Redis采用的LRU回收机制。

4. Redis的分布式机制

Redis支持主从复制，可以将数据从一个主节点同步到多个从节点，实现数据的实时备份。主节点出现故障时，可以通过自动选取从节点上的数据来进行备份，使得服务的持续性得到保证。同时，Redis也支持Sentinel/sentinel cluster，实现故障自动切换，提高Redis的稳定性。

Redis作为一种高效可靠的缓存工具，通过深入了解Redis的存储机制、缓存回收机制和分布式机制等等方面，可以更好地了解和掌握Redis的使用和优化方法。