Redis升级

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学会了Redis的基本操作还不够，再来看看升级部分

1. 数据删除策略

惰性删除+定期删除（默认）

定期删除：默认是每隔 100ms 就轮询各个库随机抽取一些设置了过期时间的key，检查其是否过期，如果过期就删除。每隔100ms就遍历所有的设置过期时间的 key 的话，是个损耗。

惰性删除：定期删除会导致很多过期 key 到了时间并没有被删除掉。除非系统去查询才会删除。如果靠定期删除，和没有走惰性删除的话会导致一大部分过期数据没有删除，这时候就出现了内存淘汰机制

2. 内存淘汰机制

在数据进入内存的时候发现内存不够了，就采用内存淘汰机制，不一定淘汰过期的

其配置有：

• maxmemory：最大可用内存
• maxmemory-samples：每次选取删除数据的个数
• maxmemory-policy：删除策略
  • volatile-lru：从已设置过期时间的数据集（server.db[i].expires）最近最久未使用
  • volatile-lfu：从已设置过期时间的数据集（server.db[i].expires）最近最少使用
  • volatile-ttl：从已设置过期时间的数据集（server.db[i].expires）将要过期的数据淘汰
  • volatile-random：从已设置过期时间的数据集（server.db[i].expires）随机淘汰
  • allkeys-lru：在全库数据中（server.db[i].dict），最近最久未使用（这个是最常用的）
  • allkeys-lfu：在全库数据中（server.db[i].dict），最近最少使用
  • allkeys-random：在全库数据中（server.db[i].dict）随机淘汰
  • no-eviction：禁止驱逐数据，也就是说当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。这个应该没人使用

3. 限制登录次数功能

• 判断用户是否被限制登录
  • 有：做相应的提示
  • 没有
    • 登录成功：清除失败错误次数
    • 登录不成功（查询key是否存在，即是否第一次 错误）
      • 第一次错误：设次数为1，user:loginCount:fail:用户名进行赋值，同时设置失效期
      • 不是第一次
        • （判断是否4次，是的话这次加1等于5，限制1小时），user:loginCount:fail:用户名+1
        • 小于第四次，失败次数加1

// 这里笔者用了不规范的返回值，返回数值大于10表示被限制登录
public long login(String username, String password) {

    // 先判断是否被限制，
    if (jedis.exists("user:loginCount:limit:" + username)) {
        return jedis.ttl("user:loginCount:limit:" + username);
    }

    // 然后查询数据库返回结果，这里模拟查询设数据库，密码输入错误
    if (!username.equals(password)) {
        long count = 0;
        // 第一次错误，键不存在，设置过期时间，10秒内可以错误5次
        if (!jedis.exists("user:loginCount:fail:" + username)) {
            jedis.setex("user:loginCount:fail:" + username, 10, "1");
            return 1;
        } else {
            count = jedis.incr("user:loginCount:fail:" + username);
            if (count == 5) {
                jedis.setex("user:loginCount:limit:" + username, 10, ""); // 设置登录限制时间
                jedis.del("user:loginCount:fail:" + username);  // 删除登录次数，因为被登录限制
            }
            return count; // 返回已尝试次数
        }
    }
    // 密码正确,清除错误次数
    jedis.del("user:loginCount:fail:" + username);
    return 0L; // 表示密码正确
}

4. 消息订阅

subscribe channel[channel]  订阅频道
psubscribe pattern[pattern]  订阅匹配的频道

publish channel message  将消息发送到指定频道

unsubscribe [channel | channel]  退订频道
punsubscribe [pattern | pattern]  退订匹配的频道

应用场景：

• 构建实时消息系统
  • 普通的即时聊天，群聊
  • 粉丝订阅之后，发布新文章的消息推送，公众号模式

5. 缓存雪崩

Redis过期是惰性删除+定期删除，如果缓存数据设置的过期时间相同，那么当这些数据全部过期时，就会在这段时间全部请求走数据库中。简单就是Redis某段时间，或直接挂了，请求全走数据库，那么导致数据库支持不住而宕机。

解决方法：

• 给过期时间加上一个随机值（数据分类过期），减少大幅度同一时间过期问题
• 事前：可以用集群或高可用来尽量避免
• 事发中：使用本地缓存+限流（比如验证码）
• 事发后：redis的持久化，从硬盘上恢复数据

6. 缓存穿透

大量查询不存在的数据，导致每次返回空，Redis不起作用，相当于直接访问数据库。

解决方法：

• 请求参数的校验，使之不能进入到redis，更不要说数据库了
• 查询不存在数据时，也将这个数据放入Redis，下次访问可以从里面获取，当然要设置过期时间
• 布隆过滤器、限流算法、令牌桶

7. 缓存与数据库的读写一致

读：

• 如果查询数据缓存里有，直接返回
• 缓存里没有，去数据库查询，将查询结果放入缓存，并返回给客户端

对于更新时：会导致缓存数据和数据库不一致，可以先修改数据库，再修改缓存。或者先修改缓存，再修改数据库，重点在于我们要是这两个操作突显原子性，这样数据才不会出错

操作缓存：可以选择更新和删除，但一般采取删除操作。因为删除相对比更新更直接简单，如果每次更新数据库都要更新缓存，如果频繁更新的话，会频繁修改一定程度损耗性能，不如直接删除，再次读取时缓存没有就到数据库查找

先更新数据库再删除缓存：也有概率出错但很低，比如缓存失效，线程A查询数据库得到旧值，期间线程B将新值写入数据库，线程B删除缓存，然后线程A才将旧址写入缓存。删除缓存失败策略是，不断重试删除，直到成功。

先删除缓存，再更新数据库：如果原子性被破坏了，第一步成功删除缓存，第二步更新数据库失败，那么数据库数据是一致的，如果第一步删除缓存失败了，可以直接返回错误，数据库数据和缓存还是一致。

但是：线程A删除了缓存，期间线程B查询会走数据库得到旧值，并把旧值写入缓存，然后线程A才将新值写入数据库，导致数据不一致，解决方法：将删除缓存，修改数据库，读取缓存等操作挤压到队列里，实现串行化。

二者对比：

前者：高并发下表现优异，原子性破坏时不好

后者：高并发下串行，原子性破坏时优异

8. 持久化

Redis是基于内存的，万一遇到宕机那么内存中的数据则会丢失，而持久化则是将内存中的数据保存到硬盘防止丢失。Redis支持两种方式的持久化方式：RDB、AOF

1. RDB

创建内存中数据的二进制快照来实现持久化，可对快照备份或把快照复制到其他服务器使之成为服务器副本，还可以将快照留在原地以便重启服务器加载使用，默认持久化文件为dump.rdb

save命令执行一次就保存一次，若数据量过大，加入单线程任务执行会阻塞任务，所以不建议使用

bgsave命令后台运行，fork子进程来进行持久化，成功后记录到日志中

自动执行持久化：需在redis.conf中配置，执行多少次非查询操作就保存

• save 900 1
• save 300 10
• save 60 10000

优点：

• 紧凑压缩的二进制文件，存储效率高
• 存储的是某个时间点的快照，适合数据备份，全量复制
• 恢复数据速度比AOF快很多
• 应用：每隔一段时间执行bgsave备份，用于灾难恢复

缺点：

• 不能实时持久化，间隔时间段的数据可能丢失
• fork子进程，内存额外消耗
• 数据量大时，持久化速度慢，全部数据持久化

2. AOF

将除查询外的命令追加保存到AOF文件中，重启时重新执行AOF文件中的命令达到恢复数据的目的，是主流的持久化方式，默认没有开启，持久化文件为appendonly.aof

持久化数据的三种策略（写命令刷新到aof命令缓冲区）

• always 每次
• everysec 每秒
• no 系统控制

配置文件

• appendonly yes|no
• appendfsync always|everysec|no

AOF重写机制

将Redis进程内的数据转化为写命令同步到新的AOF文件的过程，即将对同一个数据的若干命令的执行结果合并成一条操作指令（忽略超时数据，忽略无效指令删除等，合并重复指令），可降低文件大小，提高持久化与恢复效率，其也有重写缓冲区，下面是重写命令：

• bgrewriteaof 手动重写
• auto-aof-rewrite-min-size size 配置自动重写（当aof缓存了多少）
• auto-aof-rewrite-percentage percentage 配置自动重写（%）

参考黑马教程

优点：

• AOF持久化的实时性更好
• 持久化速度快，追加命令

缺点：

• 因为记录命令，持久化文件大
• 恢复数据慢，要执行命令

9. 事务

Redis 通过 MULTI、EXEC命令来实现事务(transaction)功能，其事务实质是将多个命令打包后一次性地按顺序执行，期间不会执行其他客户端的命令请求，简单来说是命令串行化执行功能，没有回滚功能。关系型数据库用 ACID 检验事务功能的可靠性和安全性。而 Redis 中，事务总是具有原子性、一致性、隔离性，当持久化时，事务也具有持久性

MULTI：开启事务，创建队列，命令来了加入队列
EXEC：执行事务，队列中执行命令，完后销毁队列
DISCARD：取消事务，销毁队列

流程：

• 开始事务
• 命令入队，命令不会立即执行
• 执行事务，按上面入队顺序执行

举例转账：multi开始事务，exec执行事务

set account:a 100
set account:b 100

multi

get account:a
"QUEUED"
get account:b
"QUEUED"
decrby account:a 10
"QUEUED"
incrby account:b 10
"QUEUED"

exec
 1)  "100"
 2)  "100"
 3)  "90"
 4)  "110"

Redis的事务是没有回滚功能的，在进行事务的时候，只有报错的命令不会执行（例外：语法错误整个队列都不会执行，类型错误会执行），其他命令都会执行。只是单纯的执行事务的时候不会有其他命令加塞

场景：动物园给熊猫投喂竹子，这里有很多个饲养员，只要其中一个投喂了，其他饲养员就不用再投喂，使用watch解决

WATCH：执行事务前，监视Key是否被修改，若有则取消事务，返回nil（针对同时修改用处大）
UNWATCH：取消监视

watch eat
// 中间可以执行其他命令，必须在开启事务前watch
multi
set panda 1
exec

10. 主从复制

repl-backlog-size 设置指令缓冲区
slave-server-stale-data yes|no  slave关闭写功能

• 建立连接

方式1：
客户端发送 slaveof <masterip> <masterport>
		  auth <password>

方式2：
启动式服务器参数 redis-server -slavveof <masterip> <masterport>

方式3
slave配置文件：slaveof <masterip> <masterport>
masterauth 123456

主从复制低版本不能复制高版本的数据，笔者在这里花了挺久时间才找出问题所在

• 数据同步

• 命令传播

• 心跳机制

进入命令传播阶段时，master和slave的信息交换使用心跳机制维护，实现双方连接保持在线

主从复制的作用

• master写，slave读，提高读写负载能力
• 负载均衡，基于主从结构，配合读写分离
• 故障恢复，当master故障时，由slave提供服务，实现快速恢复
• 数据冗余，实现数据热备份
• 高可用基础

11. 哨兵模式Sentinel（主备切换）

哨兵是一个分布式系统，也是一台redis服务器，对于主从结构中的每台服务器进行监控，出现故障时投票机制选择新的master并将所有slave连接到新的master，演示搭建三个哨兵和1主2从

sentinel.conf的配置文件

monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2  // 监听主服务器，自定义名字，后面2表示多少个哨兵认为宕机才有效
down-after-millisecoinds mymaster 30000  // 多久才认为宕机
parallel-syncs mymaster 1  // 命令传播
failover-timeout mymaster 180000  // 复制超时时间

先启动1主2从，再启动哨兵

redis-sentinel sentinel-26379.conf
redis-sentinel sentinel-26380.conf
redis-sentinel sentinel-26381.conf

启动哨兵后，每台服务器的配置都会有对应的修改

哨兵模式的流程：

• 1.监控阶段
  • 获取各sentinel的状态（是否在线）
  • 获取master的状态
    • master属性
      • runId
      • role：master
    • 各个slave的详细信息
  • 获取所有slave的状态（根据master中的slave信息）
    • slave属性
      • runId
      • role：slave
      • master_host、master_port
      • offset
• 2.通知阶段
  • 不停地用ping去测试
• 3.故障转移
  • 发现问题
  • 竞选负责人
  • 优选新master
    • 在线的
    • 响应快的
    • 与原master断开时间最短的
    • 优先原则：优先级、offset、runId
  • 新master上线，其他slave切换master，原master作为slave故障恢复后连接

12. 集群

分散单台服务器的访问压力，即负载均衡

其底层存储原理：

• 将key进行两次算法运算得key应该保存的位置（CRC16(key) % 16384）
• 将所有Redis服务器的总存储空间计划切割成16384份，每台主机保存一部分
• 加Redis服务器的话，原本服务器将槽分给新的服务器、删除服务器则相反
• 集群内部通讯：记录各服务器槽范围，一次命中OK，否则服务器查询通讯录让请求去对应槽服务器（最多2次命中）
• 内部通讯这样就不用虚拟IP了
  
  

配置3主3从（官方自带，每个服务器都要配置）

cluster-enabled yes  // 开启集群节点
cluster-config-file nodes-6379 // 集群配置文件
cluster-node-timeout 10000  // 宕机时间

src下有redis-trib.rb（需要Ruby、Gem支持）

./redis-trib.rb create --replicas 1 // 其中1表示1主拖1从
127.0.0.1:6379 127.0.0.1:6380 127.0.0.1:6381
127.0.0.1:6382 127.0.0.1:6383 127.0.0.1:6384

客户端启动

redis-cli -c
// 不然key和服务器没有对应上会报错，让你去连对应的服务器。加了配置会帮你重定向

故障处理：

• 从服务器下线，各个节点能收到通知，对应master节点会标记一下宕机从服务器
• 主服务器下线，对应从服务器重试，失败就执行上面的主从切换，切换的从顶替了主集群。原主上线变成slave

13. 并发竞争Key问题

所谓 Redis 的并发竞争 Key 的问题也就是多个系统同时对一个 key 进行操作，但是最后执行的顺序和我们期望的顺序不同，这样也就导致了结果的不同

推荐一种方案：分布式锁（zookeeper 和 redis 都可以实现分布式锁）。（如果不存在 Redis 的并发竞争 Key 问题，不要使用分布式锁，这样会影响性能）

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参考

https://www.bilibili.com/video/BV1CJ411m7Gc?p=101