Redis常识

缓存的三个风险

• 缓存雪崩（缓存引起的数据库，乃至整个系统的雪崩）（大量Key同时过期 或者redis挂）
  • 过期时间加扰动值
  • 后台更新缓存值（缓存永不过期，消息队列）
  • key过期，只允许一个请求（线程） 回源 （锁机制，甚至不用分布式锁也可以）
• 击穿（热点数据过期）
  • key分片，key= key1 + key2… ，各个分片分担流量
  • 雪崩的处理方式都可以用到击穿的场景
• 穿透（用户访问的数据，既不在缓存中，也不在数据库中）
  • 对被穿透key的访问限流
  • 缓存空值/默认值
  • 布隆过滤器（redis也自带了布隆过滤器的实现）
    • 如果bloomfilter说有，那可能没有
    • 如果bloomfilter说没有，那一定就没有

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数据结构

• str
  • 存session
  • 分布式锁(setnx)
  • 简单计数器
• list
  • mq
• hash
  • 存储对象
• set
  • 集合特性：不重复、可交集、差集、并集计算
  • 点赞场景：一个用户只能对一个key（文章） 点赞一次
  • 共同好友、共同关注的公众号场景
  • 抽奖：一个用户只能抽一次
• zset
  • 排行榜（根据分数去排序）
  • 相同分数下获取满足前缀的元素，比如获取131 开头的电话号码
• bitmaps
  • value只能为0或1，用于大数据集的 0、1 值统计，比如签到，要么签到了要么没签到
• hyperloglog
  • 统计大数据集的不同元素数量。内存占用小，不过只能取近似精确的结果
  • 百万级网页 UV 计数
• 地理空间（geospatial）
  • 存储和计算经纬度
• Stream 数据类型
  • 实现消息队列的绝佳数据结构：支持持久化、自动生成全局唯一ID、ack模式、消费者组机制

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淘汰策略 和 过期删除策略

Redis的淘汰和过期删除策略是两个不同的概念。

• 过期删除：key 带ttl
• 淘汰： 内存不够用了，删除符合条件的key

过期删除

1、如何判断key 已经过期？
redis的【过期字典】数据结构中存储了 <key,ttl> ，get key的时候先从【过期字典】中get ，并将ttl 和当前时间做比较，可以判断出key是否过时。

2、过期删除策略

• 定时删除： set key ttl的时候，注册一个定时事件，到点就删除。
  这种方式对内存友好（到点就删），但当ttl key多时，对CPU不好，因为需要额外线程干活。
• 惰性删除（lazy free）： get key 时，发现key过期了就删。
  这对内存不够好（删得不及时），但对CPU好
• 定期随机检查删除： 每隔一段时间【随机】从过期字典中选出一批key检查是否过期，如是则删除。
  这是定时删除和惰性删除的折中。

redis真正的做法是 【惰性删除】 + 【定期随机检查删除】共存。

淘汰

分两大类
一类【不进行淘汰-noevinction】，当内存不够用，返回错误；
二类【进行淘汰】。

【进行淘汰】的策略可再分：
1、设置了ttl key淘汰

• volatile-random : 随机淘汰设置了ttl 的key
• volatile-ttl : 优先淘汰更早过期的key
• volatile -lru :least-recently-used
• volatile -lfu: least-frequently-used

2、所有范围的key 淘汰

• allkeys-random : 随机淘汰任意key
• allkeys-lru
• allkeys-lfu

值得一提是：3.0+的redis，使用 【noeviction】作为默认策略，这对用户使用redis的容量评估提供了更高的要求。

如何理解单线程

• before6.0，网络IO+KV读写是 单线程；
• after6.0，网络IO是多线程，KV操作是单线程。即使多线程并非彻底的多线程，I/O线程只能同时执行读或者同时执行写操作

redis特性

Redis 内置了 复制（replication），LUA脚本（Lua scripting）， LRU驱动事件（LRU eviction），事务（transactions） 和不同级别的磁盘持久化（persistence）， 并通过 Redis哨兵（Sentinel）和自动 分区（Cluster）提供高可用性（high availability）

复制

主从复制是个比较复杂的过程，详见 see also

gossip协议

事务（和mysql不同，是不严格的事务 ）

假如现开启了事务，包括了一组命令，拿传统DB的ACID“套”一下：

• 原子性A

  • exec前，如果命令入队失败，事务不会执行，原子性可以保证
  • exec后，多个命令中其一执行异常，不会回滚这组命令，所以不能保证原子性

• 能保证隔离性 A 【客户端A执行事务(注意只是exec期间），客户端B的请求会阻塞住】

• 一致性 C

  • 理解1：一致性的核心是约束 （唯一性约束” 和 “完整性约束”），redis能满足
  • 理解2：原子性，隔离性和持久性是数据库的属性，而一致性（在 ACID 意义上）是应用程序的属性。应用可能依赖数据库的原子性和隔离属性来实现一致性，但这并不仅取决于数据库。
    因此，字母 C 严格来说不属于 ACID 。这就没有“redis的一致性”说法了

• 持久性 D

  • 开启了rdb/aof
  • rdb可能没有生成快照
  • aof:no/everysec有丢失数据风险，always性能差一般不使用，所以实践角度看，持久性没有保证

• 隔离性I

  • 并发操作在 EXEC 执行前，隔离性需要通过 WATCH 机制来保证
  • 并发操作在 EXEC 命令之后，隔离性可以保证：Redis 是单线程执行命令，EXEC 命令执行后，Redis 会保证先把事务队列中的所有命令执行完之后再执行之后的命令。

• see also

集群（高可用）

• 主从 【主可读写，从只读；主挂了，不可写，要手动切换主】
• 哨兵 【基于主从，主可读写，主挂了，哨兵会重新选主。哨兵集群要高可靠，算是独立的服务。一个哨兵集群可以检测多个redis主从】
  see also
• cluster集群 【官方推荐的高可用方案】
  • 【主从和哨兵数据都是没有分片的，容量有上限；cluster会分片，分片后mget mset等不可用】
  • 【实际上是多组主从 “组团”成了一个集群，只由主读写，从不提供服务】
  • 【客户端查询路由- 客户端连任意节点可能被 重定向 （注意不是转发）到其他节点】
  • 【无中心节点、redis 虚拟槽slot分布到多个节点、扩缩容方便、高可用+可failover】
  • 【但无监控、依赖客户端做路由、failover节点检测慢、gossip协议本身有开销】
  • 【slot是数据管理和迁移的基本单位，类比kafak分区；槽的迁移不影响节点服务】
  • 【数据 – slot --节点】
  • 【三主三从】
  • see also

P.S. redis 是根据crc(key)%16384 来决定存储这个kv对的slot的位置，也即是说，sharding 是在key维度的。这解决不了热点key的问题。

管道

一组命令发给服务端 ，不仅减少了网络传输的开销，更重要是极大减少服务端IO，增大吞吐

持久化

• RDB （redis database）：fork子进程出来dump内存快照二进制文件到磁盘，文件小，恢复快，但可能丢数。大数据集场景下fork子进程也可能比较耗时，redis可能有抖动
• AOF (Append-on-file)
  • 写命令落盘到文件，恢复时回放
  • append本质是写文件系统buffer,OS会【delayed write】
  • 文件重写：aof不能持续追加，毕竟磁盘有限，且过大的文件，回放极其费时，因此redis会压缩文件(合并命令,有点像kafka的Compaction）。
    redis内数据对象的最新状态生成新的AOF文件,体积较小
• Redis支持混合持久化，对AOF文件重写有什么影响
  • 纯AOF方式
  • RDB+AOF方式：先按照RDB格式写入数据状态，然后把重写期间AOF缓冲区的内容以AOF格式写入，文件前半部分为RDB格式，后半部分为AOF格式
• 开启混合持久化：文件是【RDB头+AOF尾】，Redis发现AOF文件为RDB头，会使用RDB数据加载的方法读取并恢复前半部分；然后再使用AOF方式读取并恢复后半部分
  (这特别像mysql的备份数据恢复，备库+binlog)