第1章 - 基础知识
第1章 - 基础知识
是什么使Redis显得这么特别？Redis具体能解决什么类型的问题？要实际应用Redis，开发者必须储备什么知识？在我们能回答这么一些问题之前，我们需要明白Redis到底是什么。
Redis通常被人们认为是一种持久化的存储器关键字-值型存储（in-memory persistent key-value store）。我认为这种对Redis的描述并不太准确。Redis的确是将所有的数据存放于存储器（更多是是按位存储），而且也确实通过将数据写入磁盘来实现持久化，但是Redis的实际意义比单纯的关键字-值型存储要来得深远。纠正脑海里的这种误解观点非常关键，否则你对于Redis之道以及其应用的洞察力就会变得越发狭义。
事实是，Redis引入了5种不同的数据结构，只有一个是典型的关键字-值型结构。理解Redis的关键就在于搞清楚这5种数据结构，其工作的原理都是如何，有什么关联方法以及你能怎样应用这些数据结构去构建模型。首先，让我们来弄明白这些数据结构的实际意义。
应用上面提及的数据结构概念到我们熟悉的关系型数据库里，我们可以认为其引入了一个单独的数据结构——表格。表格既复杂又灵活，基于表格的存储和管理，没有多少东西是你不能进行建模的。然而，这种通用性并不是没有缺点。具体来说就是，事情并不是总能达到假设中的简单或者快速。相对于这种普遍适用（one-size-fits-all）的结构体系，我们可以使用更为专门化的结构体系。当然，因此可能有些事情我们会完成不了(至少，达不到很好的程度）。但话说回来，这样做就能确定我们可以获得想象中的简单性和速度吗？
针对特定类型的问题使用特定的数据结构？我们不就是这样进行编程的吗？你不会使用一个散列表去存储每份数据，也不会使用一个标量变量去存储。对我来说，这正是Redis的做法。如果你需要处理标量、列表、散列或者集合，为什么不直接就用标量、列表、散列和集合去存储他们？为什么不是直接调用exists(key)去检测一个已存在的值，而是要调用其他比O(1)（常量时间查找，不会因为待处理元素的增长而变慢）慢的操作？
数据库（Databases）
与你熟悉的关系型数据库一致，Redis有着相同的数据库基本概念，即一个数据库包含一组数据。典型的数据库应用案例是，将一个程序的所有数据组织起来，使之与另一个程序的数据保持独立。
在Redis里，数据库简单的使用一个数字编号来进行辨认，默认数据库的数字编号是0。如果你想切换到一个不同的数据库，你可以使用select命令来实现。在命令行界面里键入select 1，Redis应该会回复一条OK的信息，然后命令行界面里的提示符会变成类似redis 127.0.0.1:6379[1]>这样。如果你想切换回默认数据库，只要在命令行界面键入select 0即可。
命令、关键字和值（Commands, Keys and Values）
Redis不仅仅是一种简单的关键字-值型存储，从其核心概念来看，Redis的5种数据结构中的每一个都至少有一个关键字和一个值。在转入其它关于Redis的有用信息之前，我们必须理解关键字和值的概念。
关键字（Keys）是用来标识数据块。我们将会很常跟关键字打交道，不过在现在，明白关键字就是类似于users:leto这样的表述就足够了。一般都能很好地理解到，这样关键字包含的信息是一个名为leto的用户。这个关键字里的冒号没有任何特殊含义，对于Redis而言，使用分隔符来组织关键字是很常见的方法。
值（Values）是关联于关键字的实际值，可以是任何东西。有时候你会存储字符串，有时候是整数，还有时候你会存储序列化对象（使用JSON、XML或其他格式）。在大多数情况下，Redis会把值看做是一个字节序列，而不会关注它们实质上是什么。要注意，不同的Redis载体处理序列化会有所不同（一些会让你自己决定）。因此，在这本书里，我们将仅讨论字符串、整数和JSON。
现在让我们活动一下手指吧。在命令行界面键入下面的命令：
set users:leto "{name: leto, planet: dune, likes: [spice]}"
这就是Redis命令的基本构成。首先我们要有一个确定的命令，在上面的语句里就是set。然后就是相应的参数，set命令接受两个参数，包括要设置的关键字，以及相应要设置的值。很多的情况是，命令接受一个关键字（当这种情况出现，其经常是第一个参数）。你能想到如何去获取这个值吗？我想你会说（当然一时拿不准也没什么）：
get users:leto
关键字和值的是Redis的基本概念，而get和set命令是对此最简单的使用。你可以创建更多的用户，去尝试不同类型的关键字以及不同的值，看看一些不同的组合。
查询（Querying）
随着学习的持续深入，两件事情将变得清晰起来。对于Redis而言，关键字就是一切，而值是没有任何意义。更通俗来看就是，Redis不允许你通过值来进行查询。回到上面的例子，我们就不能查询生活在dune行星上的用户。
对许多人来说，这会引起一些担忧。在我们生活的世界里，数据查询是如此的灵活和强大，而Redis的方式看起来是这么的原始和不高效。不要让这些扰乱你太久。要记住，Redis不是一种普遍使用（one-size-fits-all）的解决方案，确实存在这么一些事情是不应该由Redis来解决的（因为其查询的限制）。事实上，在考虑了这些情况后，你会找到新的方法去构建你的数据。
很快，我们就能看到更多实际的用例。很重要的一点是，我们要明白关于Redis的这些基本事实。这能帮助我们弄清楚为什么值可以是任何东西，因为Redis从来不需要去读取或理解它们。而且，这也可以帮助我们理清思路，然后去思考如何在这个新世界里建立模型。
存储器和持久化（Memory and Persistence）
我们之前提及过，Redis是一种持久化的存储器内存储（in-memory persistent store）。对于持久化，默认情况下，Redis会根据已变更的关键字数量来进行判断，然后在磁盘里创建数据库的快照（snapshot）。你可以对此进行设置，如果X个关键字已变更，那么每隔Y秒存储数据库一次。默认情况下，如果1000个或更多的关键字已变更，Redis会每隔60秒存储数据库；而如果9个或更少的关键字已变更，Redis会每隔15分钟存储数据库。
除了创建磁盘快照外，Redis可以在附加模式下运行。任何时候，如果有一个关键字变更，一个单一附加（append-only）的文件会在磁盘里进行更新。在一些情况里，虽然硬件或软件可能发生错误，但用那60秒有效数据存储去换取更好性能是可以接受的。而在另一些情况里，这种损失就难以让人接受，Redis为你提供了选择。在第5章里，我们将会看到第三种选择，其将持久化任务减荷到一个从属数据库里。
至于存储器，Redis会将所有数据都保留在存储器中。显而易见，运行Redis具有不低的成本：因为RAM仍然是最昂贵的服务器硬件部件。
我很清楚有一些开发者对即使是一点点的数据空间都是那么的敏感。一本《威廉·莎士比亚全集》需要近5.5MB的存储空间。对于缩放的需求，其它的解决方案趋向于IO-bound或者CPU-bound。这些限制（RAM或者IO）将会需要你去理解更多机器实际依赖的数据类型，以及应该如何去进行存储和查询。除非你是存储大容量的多媒体文件到Redis中，否则存储器内存储应该不会是一个问题。如果这对于一个程序是个问题，你就很可能不会用IO-bound的解决方案。
Redis有虚拟存储器的支持。然而，这个功能已经被认为是失败的了（通过Redis的开发者），而且它的使用已经被废弃了。
（从另一个角度来看，一本5.5MB的《威廉·莎士比亚全集》可以通过压缩减小到近2MB。当然，Redis不会自动对值进行压缩，但是因为其将所有值都看作是字节，没有什么限制让你不能对数据进行压缩/解压，通过牺牲处理时间来换取存储空间。）
整体来看（Putting It Together）
我们已经接触了好几个高层次的主题。在继续深入Redis之前，我想做的最后一件事情是将这些主题整合起来。这些主题包括，查询的限制，数据结构以及Redis在存储器内存储数据的方法。
当你将这3个主题整合起来，你最终会得出一个绝妙的结论：速度。一些人可能会想，当然Redis会很快速，要知道所有的东西都在存储器里。但这仅仅是其中的一部分，让Redis闪耀的真正原因是其不同于其它解决方案的特殊数据结构。
能有多快速？这依赖于很多东西，包括你正在使用着哪个命令，数据的类型等等。但Redis的性能测试是趋向于数万或数十万次操作每秒。你可以通过运行redis-benchmark（就在redis-server和redis-cli的同一个文件夹里）来进行测试。
我曾经试过将一组使用传统模型的代码转向使用Redis。在传统模型里，运行一个我写的载入测试，需要超过5分钟的时间来完成。而在Redis里，只需要150毫秒就完成了。你不会总能得到这么好的收获，但希望这能让你对我们所谈的东西有更清晰的理解。
理解Redis的这个特性很重要，因为这将影响到你如何去与Redis进行交互。拥有SQL背景的程序员通常会致力于让数据库的数据往返次数减至最小。这对于任何系统都是个好建议，包括Redis。然而，考虑到我们是在处理比较简单的数据结构，有时候我们还是需要与Redis服务器频繁交互，以达到我们的目的。刚开始的时候，可能会对这种数据访问模式感到不太自然。实际上，相对于我们通过Redis获得的高性能而言，这仅仅是微不足道的损失。
小结
虽然我们只接触和摆弄了Redis的冰山一角，但我们讨论的主题已然覆盖了很大范围内的东西。如果觉得有些事情还是不太清楚（例如查询），不用为此而担心，在下一章我们将会继续深入探讨，希望你的问题都能得到解答。
这一章的要点包括：
关键字（Keys）是用于标识一段数据的一个字符串
值（Values）是一段任意的字节序列，Redis不会关注它们实质上是什么
Redis展示了（也实现了）5种专门的数据结构
上面的几点使得Redis快速而且容易使用，但要知道Redis并不适用于所有的应用场景