Redis版本演进

背景

意大利作者antirez和朋友共建了一个网站，网站访问量越来越大。受盈利模式的影响，没有通过提升硬件配置，antirez 而是另寻办法，通过提升列表操作的性能来解决负载问题。决定写一个具有列表结构的内存数据库原型。这个数据库原型支持 O(1) 复杂的推入和弹出操作，将数据存到内存，从而不受磁盘io的影响，以极快的速度执行针对列表的push和prop出作。09年用C 语言重写了这个内存数据库，并且加上了持久化的功能，从而redis诞生。至今已发展13年，以精简、高效、稳定的特性，在互联网内存数据库中变得越来越流行。现已发展至7.0的版本，本文将阐述各个版本的迭代和新特性

版本回顾

Redis 2.6

• 服务端支持Lua脚本。
• 去掉虚拟内存相关功能。
• 放开对客户端连接数的硬编码限制。
• 键的过期时间支持毫秒。
• 从节点提供只读功能。
• 两个新的位图命令：bitcount和bitop。
• 增强了redis-benchmark的功能：支持定制化的压测，CSV输出等功能。
• 基于浮点数自增命令：incrbyfloat和hincrbyfloat。
• redis-cli可以使用--eval参数实现Lua脚本执行。
• shutdown命令增强。
• info可以按照section输出，并且添加了一些统计项。
• sort命令优化。

Redis 2.8

• 添加部分主从复制的功能，在必定程度上下降了因为网络问题，形成频繁全量复制生成RDB对系统形成的压力。
• 尝试性的支持IPv6.
• 能够经过config set命令设置maxclients。
• 能够用bind命令绑定多个IP地址。
• Redis设置了明显的进程名，方便使用ps命令查看系统进程。
• config rewrite命令能够将config set持久化到Redis配置文件中。
• 发布订阅添加了pubsub。
• Redis Sentinel第二版，相比于Redis2.6的Redis Sentinel，此版本已经变成生产可用。

Redis 3.0

该版本是一个里程碑的版本，新增了Redis集群的分布式方案

• Redis Cluster：Redis的官方分布式实现。
• 全新的embedded string对象编码结果，优化小对象内存访问，在特定的工做负载下载速度大幅提高。
• Iru算法大幅提高。
• migrate链接缓存，大幅提高键迁移的速度。
• migrate命令两个新的参数copy和replace。
• 新的client pause命令，在指定时间内中止处理客户端请求。
• bitcount命令性能提高。
• config set设置maxmemory时候能够设置不一样的单位（以前只能是字节）。
• Redis日志小作调整：日志中会反应当前实例的角色（master或者slave）。
• incr命令性能提高。
• 添加GEO相关功能。
• 新的List编码类型：quicklist。

Redis 4.0

该版本提供了许多新的特性，如新增了非常实用的lazy free特性，当删除键的时候,redis提供异步延时释放key内存的功能，把key释放操作放在bio(Background I/O)单独的子线程处理中，减少删除big key对redis主线程的阻塞。有效地避免删除big key带来的性能和可用性问题

• 提供了模块系统，方便第三方开发者拓展Redis的功能。
• PSYNC2.0：优化了以前版本中，主从节点切换必然引发全量复制的问题。
• 新增了非常实用的lazy free特性，从根本上解决Big Key(主要指定元素较多集合类型Key)删除的风险
• 提供了新的缓存剔除算法：LFU（Last Frequently Used）(注意LFU和LRU算法的不同之处，LRU的淘汰规则是基于访问时间，而LFU是基于访问次数的)，并对已有算法进行了优化。
• 提供了非阻塞del和flushall/flushdb功能，新添加了 UNLINK 命令， 这个命令是 DEL 命令的异步版本， 它可以将删除指定键的操作放在后台线程里面执行
• 提供了memory命令，实现对内存更为全面的监控统计。
• 提供了交互数据库功能，实现Redis内部数据库的数据置换。
• 提供了RDB-AOF混合持久化*格式，充分利用了AOF和RDB各自优点。
• Redis Cluster 兼容NAT和Docker。

Redis 5.0

该版本最大的变化，就是新增了stream数据类型

• 新的流数据类型(Stream data type)（支持多播的可持久化的消息队列） https://redis.io/topics/streams-intro
• 新的 Redis 模块 API：定时器、集群和字典 API(Timers, Cluster and Dictionary APIs)
• RDB 增加 LFU 和 LRU 信息
• 集群管理器从 Ruby (redis-trib.rb) 移植到了redis-cli 中的 C 语言代码
• 新的有序集合(sorted set)命令：ZPOPMIN/MAX 和阻塞变体(blocking variants)
• 升级 Active defragmentation 至 v2 版本增强 HyperLogLog 的实现
• 更好的内存统计报告
• 许多包含子命令的命令现在都有一个 HELP 子命令
• 客户端频繁连接和断开连接时，性能表现更好
• 许多错误修复和其他方面的改进
• 升级 Jemalloc 至 5.1 版本

Redis 6.0

该版本引入了网络IO多线程，Redis模型主要分为网络模块和命令处理模块，作者认为正常情况下，redis 单线程模型中，网络模块往往成为瓶颈高发地；

• 多线程 IO（Threaded I/O）
• 众多新模块（modules）API
• 更好的过期循环（expire cycle）
• 支持SSL
• ACLs 权限控制
• RESP3 协议
• 客户端缓存（Client side caching）
• 无盘复制&PSYNC2
• Redis-benchmark支持集群
• Redis-cli 优化、重写 Systemd 支持
• Redis 集群代理与 Redis 6 一同发布
• SRANDMEMBER和类似的命令具有更好的分布
• STRALGO 命令
• 带有超时的 Redis 命令更易用

Redis 7.0

该版本就是重构了dict结构，内存占用更小，内存成本会大大减少，RDB版本不向下兼容

主要特性

• 新增function
• 新的RDB版本，版本号为version10，该版本不与之前版本兼容
• 采用切片式AOF，减少AOF重写的问题
• 使用新的数据结构listpack完全代替ziplst
• 内存和性能方面有大的提升，内存更加节省
• 新增一些新的用户命令和选项
• 新增一些info信息

主要变化

• Function：相比于lua(since 2.8)、module(since 4.0)，Redis Gears(one module)它是一种新的服务端脚本编程方式，解决了以往的一些痛点。
• 新的AOF模式：将AOF进行切片(譬如按照大小)，主要解决AOF重写对可用性干扰，同时还在日志中添加了元信息（时间戳）可以进行定点恢复(point-in-time recovery )。这个功能是阿里云团队提供的
• maxmemory-client配置: 用来限制全部客户端的总内存（防止溢出），此前版本中只能针对单个客户端的输入输出缓冲区进行限制。
• Redis Cluster: 支持hostname配置(之前版本只支持IP)、较好支持pubsub(之前会有消息扩散)、在cluster bus链接管理做了优化防止内存泄露。
• ACL：更细粒度的基于key的权限控制、基于selectors的命令权限控制。
• 使用新的数据结构listpack完全代替ziplist：包含encoding返回类型、hash/set/zset内部实现方式和配置等
• repl-diskless-sync：无盘复制默认为yes
• config set maxmemory执行后立即返回，不等evict完成
• jemalloc升级到5.2.1

展望和拓展

多模服务

Redis受欢迎主要原因是极高的性能以及丰富、方便使用的数据结构，这些简单好用的数据结构大幅度降低开发业务复杂度。大家都在紧贴用户需求，开发更多的数据结构。

• Redislabs为代表的厂商正在大力的丰富Redis的数据结构(modules)，如RedisSearch、Redis-Json、RedisGraph、RedisTimeSeries和RedisBloom等。
• 以阿里云云厂商代表。支持多种增强型数据结构模块（modules），包括TairString（含CAS和CAD命令）、TairHash、TairGIS、TairBloom、TairDoc、TairTS、TairCpc、TairZset、TairRoaring和TairSearch，使业务无需再关心存储的结构和时效性，能够极大提升业务开发效率。

一致性发展

原生的Redis仍旧采用异步复制，数据修改操作只要在本地执行完成就会返回结果，相比于其他数据库没有提供副本间数据强一致的语义。在对数据可靠性有极高要求的用户(例如金融行业，和传统行业)中不会被完全接纳。

写在最后

Redislabs在2021年8月正式更名为Redis,可能也会像MongoDB，ElasticSearch一样走向彻底的商业化。2022年是一个充满无数个变化的一年，数据库引来蓬勃发展，百花齐放。Redis 7.0已发布，在性能和内存优化上很大的提升，依然秉着作者初心，用技术优化成本，相必Redis 7.0也会大放光彩，变得越来越流行。