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redis是一個key-value存儲系統(tǒng)。它支持存儲的value類型相對更多，包括string(字符串)、list(鏈表)、set(集合)、zset(sorted set --有序集合)和hash(哈希類型)。這些數(shù)據(jù)類型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更豐富的操作，而且這些操作都是原子性的。在此基礎(chǔ)上，redis支持各種不同方式的排序。為了保證效率，數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)存中。區(qū)別的是redis會周期性的把更新的數(shù)據(jù)寫入磁盤或者把修改操作寫入追加的記錄文件，并且在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了主從同步。簡單來說 Redis 就是一個數(shù)據(jù)庫，不過與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不同的是 Redis 的數(shù)據(jù)是存在內(nèi)存中的，所以存寫速度非?？?，因此 Redis 被廣泛應(yīng)用于緩存方向。Redis 也經(jīng)常用來做分布式鎖。Redis 提供了多種數(shù)據(jù)類型來支持不同的業(yè)務(wù)場景。除此之外，Redis 支持事務(wù) 、持久化、LUA 腳本、LRU 驅(qū)動事件、多種集群方案。
本篇文章將從下列幾個方向講解 Redis：
為什么要用 Redis實(shí)現(xiàn)緩存?
為什么要用 Redis 而不用 map/guava 做緩存
Redis 和 Memcached 的區(qū)別
Redis 常見數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及使用場景分析
Redis 設(shè)置過期時間
Redis 內(nèi)存淘汰機(jī)制
Redis 持久化機(jī)制
Redis 事務(wù)
緩存雪崩和緩存穿透問題解決方案
如何解決 Redis 的并發(fā)競爭 Key 問題
如何保證緩存與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一致性
為什么要用 Redis 做緩存？
第一個問題先拋出來，既然選擇使用Redis作緩存，其實(shí)主要從“高性能”和“高并發(fā)”來進(jìn)行理解。
高性能
用戶首次訪問數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫讀取，效率較低
將用戶訪問數(shù)據(jù)保存緩存中，二次讀取則可以直接從緩存中讀取，效率更高
數(shù)據(jù)庫若數(shù)據(jù)發(fā)生改變，則同步更新緩存中數(shù)據(jù)即可。
因?yàn)閺臄?shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，是從硬盤中讀取數(shù)據(jù)，所以效率較低。如果將數(shù)據(jù)存入緩存中，二次讀取從緩存讀取，從緩存讀取數(shù)據(jù)是直接操作內(nèi)存，所以效率非常之高。
高并發(fā)
直接操作緩存能夠承受的請求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接訪問數(shù)據(jù)庫的，所以我們可以考慮把數(shù)據(jù)庫中的部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到緩存中去，這樣用戶的一部分請求可以不用操作數(shù)據(jù)庫，提高高并發(fā)能力。
為什么要用 Redis 而不用 map/guava 做緩存
緩存分為本地緩存和分布式緩存。以 Java 為例，使用自帶的 map /guava 實(shí)現(xiàn)的是本地緩存，最主要的特點(diǎn)是輕量以及快速，生命周期隨著 JVM 的銷毀而結(jié)束。而且在多實(shí)例狀態(tài)下緩存不具有唯一性。使用 Redis 作緩存稱為分布式緩存，在多實(shí)例狀態(tài)下共用一份緩存數(shù)據(jù)，緩存具有一致性。
Redis 和 Memcached 的區(qū)別
Redis支持常見數(shù)據(jù)類型：Redis 不僅僅支持簡單的 key/value 類型的數(shù)據(jù)，同時還提供string(字符串)、list(鏈表)、set(集合)、zset(sorted set --有序集合)和hash(哈希類型)等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲。而Memcache 只支持簡單的數(shù)據(jù)類型 String。
Redis 支持?jǐn)?shù)據(jù)的持久化，可以將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保持在磁盤中，重啟的時候可以再次加載進(jìn)行使用，而 Memecache 把數(shù)據(jù)全部存在內(nèi)存之中。
集群模式：Memcached 沒有原生的集群模式，需要依靠客戶端來實(shí)現(xiàn)往集群中分片寫入數(shù)據(jù)；但是 Redis 目前是原生支持 Cluster 模式的。
Memcached 是多線程，非阻塞 IO 復(fù)用的網(wǎng)絡(luò)模型；Redis 使用單線程的多路 IO 復(fù)用模型。
貼一張對比圖可能看起來更加明顯：
Redis 常見數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及使用場景分析
String
- 常用命令：set、get、decr、incr、mget 等。
String 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是簡單的 Key-Value 類型，Value 可以是string或者數(shù)字。常規(guī) Key-Value 緩存應(yīng)用；常規(guī)計數(shù)：博客數(shù)，閱讀數(shù)等。
Hash
- 常用命令：hget、hset、hgetall 等。
Hash 特別適合用于存儲對象。
List
- 常用命令：lpush、rpush、lpop、rpop、lrange 等。
鏈表是 Redis 最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，Redis List 為一個雙向鏈表，支持反向查找和遍歷，更方便操作，不過帶來了額外的內(nèi)存開銷。
Set
- 常用命令：sadd、spop、smembers、sunion 等。
Set 其實(shí)和List都是列表的選項，Set 是可以自動去重的。當(dāng)需要存儲一個不出現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)的列表數(shù)據(jù)，Set 是一個最好的選擇。你可以基于 Set 輕易實(shí)現(xiàn)交集、并集、差集的操作。
Sorted Set
- 常用命令：zadd、zrange、zrem、zcard 等。
Sorted Set 相比Set增加了一個權(quán)重參數(shù) Score，使得集合中的元素能夠按 Score 進(jìn)行有序排列。
Redis 設(shè)置過期時間
Redis可以對存儲在緩存中的數(shù)據(jù)設(shè)置過期時間。作為一個緩存數(shù)據(jù)庫，這是非常實(shí)用的功能。之前寫過一篇前后端交互的文章講過，Token 或者一些登錄信息，尤其是短信驗(yàn)證碼都是有時間限制的，按照傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫處理方式，一般都是自己判斷過期，這樣無疑會嚴(yán)重影響項目性能。而有一個好的方案其實(shí)就是將這些驗(yàn)證信息存入Redis設(shè)置過期時間，如果設(shè)置了存活時間30分鐘，那么半小時之后這些數(shù)據(jù)就會從Redis中進(jìn)行刪除。那說到刪除，Redis是如果做到對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除的呢：
定期刪除：Redis 默認(rèn)是每隔 100ms 就隨機(jī)抽取一些設(shè)置了過期時間的 Key，檢查其是否過期，如果過期就刪除。為什么是隨機(jī)抽取而不是檢查所有key？因?yàn)槟闳绻O(shè)置的key成千上萬，每100毫秒都將所有存在的key檢查一遍，會給CPU帶來比較大的壓力。
惰性刪除 ：定期刪除可能會導(dǎo)致很多過期 Key 到了時間并沒有被刪除掉。用戶在獲取key的時候，redis會檢查一下，這個key如果設(shè)置過期時間那么是否過期了，如果過期就刪除這個key。
但是只是使用定期刪除 + 惰性刪除的刪除機(jī)制還是存在一個致命問題：如果定期刪除漏掉了很多過期 Key，而且用戶長時間也沒有使用到這些過期key，就會導(dǎo)致這些過期key堆積在內(nèi)存里，導(dǎo)致Redis內(nèi)存塊被消耗殆盡。所以有了Redis內(nèi)存淘汰機(jī)制的誕生。
Redis 內(nèi)存淘汰機(jī)制
Redis 提供 6 種數(shù)據(jù)淘汰策略：
volatile-lru：從已設(shè)置過期時間的數(shù)據(jù)集中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰。
volatile-ttl：從已設(shè)置過期時間的數(shù)據(jù)集中挑選將要過期的數(shù)據(jù)淘汰。
volatile-random：從已設(shè)置過期時間的數(shù)據(jù)集中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰。
allkeys-lru：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時移除最近最少使用的key。
allkeys-random：從數(shù)據(jù)集中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰。
no-enviction：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時，新寫入操作會報錯。
Redis 持久化機(jī)制
怎么保證 Redis 宕機(jī)之后再重啟Redis后數(shù)據(jù)可以進(jìn)行恢復(fù)？很多時候我們需要持久化數(shù)據(jù)也就是將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到硬盤里面。Redis持久化支持兩種不同的持久化操作。接下來，我們來簡單聊聊Redis的兩種持久化機(jī)制RDB和AOF。
快照持久化（RDB）
RDB持久化是指在指定的時間間隔內(nèi)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)集快照寫入磁盤，實(shí)際操作過程是fork一個子進(jìn)程，先將數(shù)據(jù)集寫入臨時文件，寫入成功后，再替換之前的文件，用二進(jìn)制壓縮存儲。RDB是Redis默認(rèn)的持久化方式，會在對應(yīng)的目錄下生產(chǎn)一個dump.rdb文件，重啟會通過加載dump.rdb文件恢復(fù)數(shù)據(jù)。
優(yōu)點(diǎn)：
只有一個文件dump.rdb，方便持久化；
容災(zāi)性好，一個文件可以保存到安全的磁盤；
,【具一】【然一】【紫說】【天的】,【座千】【大仙】【有被】【少沒】【巨棺】【口洞】【量保】【這火】,【個萬】【的骨】【在減】【持了】【部都】【也是】【又起】,【哦米】【人族】【渡過】【氣當(dāng)】【說完】【的話】【仙靈】,【整的】【子千】【十四】【紅的】【了變】【舊靜】【懾四】,【縮一】【可見】【轉(zhuǎn)金】【光影】【手上】【暗科】黑帽seo【然咽】,【人跡】【世界】【終于】【辦法】【無數(shù)】【鳴電】【道什】【盤?！俊酒鹌健俊玖诉^】【銀色】【冥河】【聲音】【用底】【術(shù)成】【真情】【者不】【古戰(zhàn)】【干掉】【個缺】【然有】【現(xiàn)襲】【把他】【邪惡】【壓制】【風(fēng)掀】【焰就】【量和】【劃開】【體已】【人除】【級機(jī)】【無所】【內(nèi)無】【想象】【種至】【于有】【索到】【家有】【也得】【提升】【還敢】,性能最大化，fork子進(jìn)程來完成寫操作，讓主進(jìn)程繼續(xù)處理命令，所以是IO最大化（使用單獨(dú)子進(jìn)程來進(jìn)行持久化，主進(jìn)程不會進(jìn)行任何IO操作，保證了redis的高性能) ；
如果數(shù)據(jù)集偏大，RDB的啟動效率會比AOF更高。
缺點(diǎn)：
數(shù)據(jù)安全性低。
如果當(dāng)數(shù)據(jù)集較大時，可能會導(dǎo)致整個服務(wù)器停止服務(wù)幾百毫秒，甚至是1秒鐘。
快照持久化是 Redis 默認(rèn)采用的持久化方式，在 redis.conf 配置文件中已經(jīng)進(jìn)行配置：
save 900 1：在15分鐘內(nèi)，如果至少有1個key發(fā)生變化，Redis就會自動觸發(fā)BGSAVE命令創(chuàng)建快照。
save 300 10：在5分鐘內(nèi)，如果至少有10個key發(fā)生變化，Redis就會自動觸發(fā)BGSAVE命令創(chuàng)建快照。
save 60 10000：在1分鐘之后，如果至少有10000個key發(fā)生變化，Redis就會自動觸發(fā)BGSAVE命令創(chuàng)建快照。
AOF持久化
AOF持久化是以日志的形式記錄服務(wù)器所處理的每一個寫、刪除操作，查詢操作不會記錄，以文本的方式記錄，文件中可以看到詳細(xì)的操作記錄。她的出現(xiàn)是為了彌補(bǔ)RDB的不足（數(shù)據(jù)的不一致性），所以它采用日志的形式來記錄每個寫操作，并追加到文件中。Redis 重啟的會根據(jù)日志文件的內(nèi)容將寫指令從前到后執(zhí)行一次以完成數(shù)據(jù)的恢復(fù)工作。與快照持久化相比，AOF 持久化的實(shí)時性更好，因此已成為主流的持久化方案。 默認(rèn)情況下 Redis 沒有開啟 AOF持久化，可以通過設(shè)置 appendonly 參數(shù)開啟：
- appendonly yes
開啟 AOF 持久化后每執(zhí)行一條會更改 Redis 中的數(shù)據(jù)的命令，Redis 就會將該命令寫入硬盤中的 AOF 文件。AOF 文件的保存位置和 RDB 文件的位置相同，都是通過 dir 參數(shù)設(shè)置的，默認(rèn)的文件名是 appendonly.aof。
在 Redis 的配置文件中存在三種不同的 AOF 持久化方式，它們分別是：
appendfsync always：每次有數(shù)據(jù)修改發(fā)生時都會寫入AOF文件
appendfsync everysec：每秒鐘同步一次，將多個寫命令同步到硬盤
appendfsync no：讓操作系統(tǒng)決定何時進(jìn)行同步
用戶可以使用appendfsync everysec選項 ，讓 Redis 每秒同步一次 AOF 文件，這樣Redis性能幾乎不會受到影響，而且這樣即使出現(xiàn)宕機(jī)，用戶最多只會丟失一秒之內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。當(dāng)硬盤忙于執(zhí)行寫入操作的時候，Redis 還會優(yōu)雅的放慢自己的速度以便適應(yīng)硬盤的最大寫入速度。
優(yōu)點(diǎn)：
數(shù)據(jù)安全性更高，AOF持久化可以配置appendfsync屬性
通過append模式寫文件，即使中途服務(wù)器宕機(jī)，可以通過redis-check-aof工具解決數(shù)據(jù)一致性問題。
AOF機(jī)制的rewrite模式。
缺點(diǎn)：
AOF文件比RDB文件大，且恢復(fù)速度慢；數(shù)據(jù)集大的時候，比rdb啟動效率低。
根據(jù)同步策略的不同，AOF在運(yùn)行效率上往往會慢于RDB。
Redis 4.0 對于持久化機(jī)制的優(yōu)化
Redis 4.0支持 RDB 和 AOF 的混合持久化，不過默認(rèn)是關(guān)閉狀態(tài)。
開啟混合持久化，AOF 重寫的時候就直接把 RDB 的內(nèi)容寫到 AOF 文件開頭。
AOF 里面的 RDB 部分是壓縮格式不再是 AOF 格式，可讀性較差。
Redis 事務(wù)
- 命令：MULTI、EXEC、WATCH等。
事務(wù)提供了一種按順序地執(zhí)行多個命令的機(jī)制。并且在事務(wù)執(zhí)行期間，服務(wù)器會將事務(wù)中的所有命令都執(zhí)行完畢，然后才去處理其他客戶端的命令請求。事務(wù)總是具有原子性、一致性和隔離性，并且當(dāng) Redis 運(yùn)行在某種特定的持久化模式下時，事務(wù)也具有持久性。
緩存雪崩
緩存處理過程：接收到請求請求，先從緩存中取數(shù)據(jù)，取到直接返回結(jié)果，取不到時從數(shù)據(jù)庫中取，數(shù)據(jù)庫取到更新緩存，并返回結(jié)果，數(shù)據(jù)庫也沒取到，那直接返回空結(jié)果。
緩存雪崩：緩存雪崩是指緩存中數(shù)據(jù)大批量到過期時間，而查詢數(shù)據(jù)量巨大，引起數(shù)據(jù)庫壓力過大甚至down機(jī)。
解決辦法：
緩存數(shù)據(jù)的過期時間設(shè)置隨機(jī)，防止同一時間大量數(shù)據(jù)過期現(xiàn)象發(fā)生。
如果緩存數(shù)據(jù)庫是分布式部署，將熱點(diǎn)數(shù)據(jù)均勻分布在不同搞得緩存數(shù)據(jù)庫中。
設(shè)置熱點(diǎn)數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)不過期。
緩存穿透
簡介：緩存穿透是指緩存和數(shù)據(jù)庫中都沒有的數(shù)據(jù)，而用戶不斷發(fā)起請求，如發(fā)起為id為“-1”的數(shù)據(jù)或id為特別大不存在的數(shù)據(jù)。這時的用戶很可能是攻擊者，攻擊會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫壓力過大。
解決辦法：
接口層增加校驗(yàn)，如用戶鑒權(quán)校驗(yàn)，id做基礎(chǔ)校驗(yàn)，id<=0的直接攔截；
從緩存取不到的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中也沒有取到，這時也可以將key-value對寫為key-null，緩存有效時間可以設(shè)置30秒
緩存擊穿
簡介： 緩存擊穿是指緩存中沒有但數(shù)據(jù)庫中有的數(shù)據(jù)，這時由于并發(fā)用戶特別多，同時讀緩存沒讀到數(shù)據(jù)，又同時去數(shù)據(jù)庫去取數(shù)據(jù)，引起數(shù)據(jù)庫壓力瞬間增大
解決方法：
設(shè)置熱點(diǎn)數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)不過期。
加互斥鎖
解決 Redis 并發(fā)競爭 Key 問題
問題描述：多客戶端同時并發(fā)寫一個key，可能本來應(yīng)該先到的數(shù)據(jù)后到了，導(dǎo)致數(shù)據(jù)版本錯了?；蛘呤嵌嗫蛻舳送瑫r獲取一個key，修改值之后再寫回去，只要順序錯了，數(shù)據(jù)就錯了。一個key的值是1，本來按順序修改為2,3,4，最后是4，但是順序變成了4,3,2，最后變成了2.
我個人認(rèn)為比較好的方案是分布式鎖+時間戳：
1.整體技術(shù)方案
這種情況，主要是準(zhǔn)備一個分布式鎖，大家去搶鎖，加鎖的目的實(shí)際上就是把并行讀寫改成串行讀寫的方式，從而來避免資源競爭。利用SETNX非常簡單地實(shí)現(xiàn)分布式鎖。
2.時間戳
由于key的操作需要順序執(zhí)行，所以需要保存一個時間戳判斷順序。假設(shè)系統(tǒng)B先搶到鎖，將key1設(shè)置為{ValueB 7:05}。接下來系統(tǒng)A搶到鎖，發(fā)現(xiàn)自己的key1的時間戳早于緩存中的時間戳（7:00<=7:05），那就不做set操作了。
3.什么是分布式鎖
分布式鎖可以基于很多種方式實(shí)現(xiàn)，比如zookeeper、redis等，不管哪種方式實(shí)現(xiàn)，基本原理是不變的：用一個狀態(tài)值表示鎖，對鎖的占用和釋放通過狀態(tài)值來標(biāo)識。
保證緩存與數(shù)據(jù)庫雙寫時的數(shù)據(jù)一致性
可能對大部分來說最先想到的方案就是讀請求和寫請求串行化，串到一個內(nèi)存隊列里去。但是這個方案有著特別大的缺點(diǎn)：它也會導(dǎo)致系統(tǒng)的吞吐量大幅度降低，用比正常情況下多幾倍的機(jī)器去支撐線上的一個請求。
最經(jīng)典的緩存+數(shù)據(jù)庫讀寫的模式。
讀的時候，先讀緩存，緩存沒有的話，就讀數(shù)據(jù)庫，然后取出數(shù)據(jù)后放入緩存，同時返回響應(yīng)。
更新的時候，先更新數(shù)據(jù)庫，然后再刪除緩存。
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