三言两语微服务,第一弹: 中间件-Redis

Posted 2021-06-08 BU科研通

目录

1 简介

2 使用场景

3 Redis与mysql

4 Redis作为缓存使用场景测试须知

5 Redis的两种模式

6 画外音：高可用

一、简介

Redis是什么?

redis是一个高性能的key-value数据库，它是完全开源免费的，属于NOSQL类型数据库，是为了解决高并发、高扩展，大数据存储等一系列的问题而产生的数据库解决方案。但是，它目前不能替代关系型数据库，只能作为特定环境下的扩充。

Redis有什么特点？

1. redis是单线程模型，指的是执行 Redis 命令的核心模块是单线程的。

2. redis数据读写速度非常快，因为它把数据都读取到内存当中操作，而且redis是用C语言编写的，是最“接近”操作系统的语言，所以执行速度相对较快。

3. redis虽然数据的读取都存在内存当中，但是支持数据持久化到磁盘。

4. redis提供了丰富的数据结构，字符串(String), 哈希(Hash), 列表(list), 集合(sets) 和 有序集合(sorted sets)。

5. redis的所有操作都是原子性，支持事务，所谓的原子性就是对数据的更改要么全部执行，要么全部不执行。

6. redis支持主从复制，主机(master)会自动将数据同步到从机(slave)，可以进行读写分离。

Redis有什么用？

Redis适合存储一些频繁使用的数据，即热数据，因为是放在内存中，读写速度都非常快，一般会应用在一些场景比如：缓存、排行榜、计数器、消息队列推送、好友关注、粉丝。

二、Redis使用场景有哪些？

1、缓存

缓存现在几乎是所有中大型网站都在用的必杀技，合理的利用缓存不仅能够提升网站访问速度，还能大大降低数据库的压力。Redis提供了键过期功能，也提供了灵活的键淘汰策略，所以，现在Redis用在缓存的场合非常多。

2、排行榜

很多网站都有排行榜应用的，如京东的月度销量榜单、商品按时间的上新排行榜等。Redis提供的有序集合数据类构能实现各种复杂的排行榜应用。

3、计数器

什么是计数器，如电商网站商品的浏览量、视频网站视频的播放数等。为了保证数据实时效，每次浏览都得给+1，并发量高时如果每次都请求数据库操作无疑是种挑战和压力。Redis提供的incr命令来实现计数器功能，内存操作，性能非常好，非常适用于这些计数场景。

4、分布式会话

集群模式下，在应用不多的情况下一般使用容器自带的session复制功能就能满足，当应用增多相对复杂的系统中，一般都会搭建以Redis等内存数据库为中心的session服务，session不再由容器管理，而是由session服务及内存数据库管理。

5、分布式锁

在很多互联网公司中都使用了分布式技术，分布式技术带来的技术挑战是对同一个资源的并发访问，如全局ID、减库存、秒杀等场景，并发量不大的场景可以使用数据库的悲观锁、乐观锁来实现，但在并发量高的场合中，利用数据库锁来控制资源的并发访问是不太理想的，大大影响了数据库的性能。可以利用Redis的setnx功能来编写分布式的锁，如果设置返回1说明获取锁成功，否则获取锁失败，实际应用中要考虑的细节要更多。

6、社交网络

点赞、踩、关注/被关注、共同好友等是社交网站的基本功能，社交网站的访问量通常来说比较大，而且传统的关系数据库类型不适合存储这种类型的数据，Redis提供的哈希、集合等数据结构能很方便的的实现这些功能。

7、最新列表

Redis列表结构，LPUSH可以在列表头部插入一个内容ID作为关键字，LTRIM可用来限制列表的数量，这样列表永远为N个ID，无需查询最新的列表，直接根据ID去到对应的内容页即可。

8、消息系统

消息队列是大型网站必用中间件，如ActiveMQ、RabbitMQ、Kafka等流行的消息队列中间件，主要用于业务解耦、流量削峰及异步处理实时性低的业务。Redis提供了发布/订阅及阻塞队列功能，能实现一个简单的消息队列系统。另外，这个不能和专业的消息中间件相比。

三、Redis与MySQL

首先要知道mysql存储在磁盘里，redis存储在内存里，redis既可以用来做持久存储，也可以做缓存，而目前大多数公司的存储都是mysql + redis，mysql作为主存储，redis作为辅助存储被用作缓存，加快访问读取的速度，提高性能。

区别整理如下：

（1）存储介质：Redis存储在内存，但是可以将数据持久化到硬盘。MySQL将数据持久化的存储到硬盘

（2）数据库类型：Redis属于非关系型数据库；MySQL关系型数据库

（3）存取效率：Redis直接在内存中存取数据效率高；MySQL每次请求访问数据库时，都存在着I/O操作，如果反复频繁的访问数据库。第一：会在反复连接数据库上花费大量时间，从而导致运行效率过慢；第二：反复的访问数据库也会导致数据库的负载过高。

四、Redis作为缓存使用场景测试须知

缓存-> redis
数据库->mysql

redis与mysql的关系

前台请求，后台先从缓存中取数据，取到直接返回结果，取不到时从数据库中取，数据库取到更新缓存，并返回结果，数据库也没取到，那直接返回空结果。

1 缓存穿透

缓存穿透是指缓存和数据库中都没有的数据，而用户不断发起请求，如发起为id为“-1”的数据或id为特别大不存在的数据。这时的用户很可能是攻击者，攻击会导致数据库压力过大。

    解决方法

1. 接口层增加校验，如用户鉴权校验，id做基础校验，id<=0的直接拦截；

2. 将key-value对写为key-null，缓存有效时间可以设置短点，如30秒（设置时间太长会导致内存溢出）。这样可以防止攻击用户反复用同一个id暴力攻击。

2 缓存击穿

缓存击穿是指缓存中没有但数据库中有的数据（一般是缓存时间到期），这时由于并发用户特别多，同时读缓存没读到数据，又同时去数据库去取数据，引起数据库压力瞬间增大，造成过大压力。

    解决方法

1. 热点数据设置比较长的过期时间

2. 加互斥锁，互斥锁参考代码如下：

3 缓存雪崩

区别于缓存击穿单条数据（少量），雪崩是大量数据缓存时间到期，而查询数据量巨大，引起数据库压力过大甚至down机。和缓存击穿不同的是，缓存击穿指并发查同一条数据，缓存雪崩是不同数据都过期了，很多数据都查不到从而查数据库。

    解决方法

1. 缓存数据的过期时间设置随机，防止同一时间大量数据过期现象发生。

2. 如果缓存数据库是分布式部署，将热点数据均匀分布在不同的缓存数据库中。

3. 设置热点数据设置比较长的过期时间。

五、Redis的两种模式

单机

优点：简单

缺点：内存容量有限；处理能力有限；无法高可用

集群

优点：主从复制：Redis 的复制（replication）功能允许用户根据一个 Redis 服务器来创建任意多个该服务器的复制品，其中被复制的服务器为主服务器（master），而通过复制创建出来的服务器复制品则为从服务器（slave）。只要主从服务器之间的网络连接正常，主从服务器两者会具有相同的数据，主服务器就会一直将发生在自己身上的数据更新同步 给从服务器，从而一直保证主从服务器的数据相同。

六、画外音：高可用

1. 无中心架构（不存在哪个节点影响性能瓶颈）

2. 数据按照槽 slot 存储分布在多个节点，节点间数据共享，可动态调整数据分布。

3. 可扩展性，可线性扩展到 1000 个节点，节点可动态添加或删除。

4. 高可用性，部分节点不可用时，集群仍可用。

5. 实现故障自动转移(failover)，节点之间通过一致性协议(Gossip)交换状态信息，哨兵模式+投票机制完成 Slave到 Master的角色提升。

（1）通过Gossip协议，只需要O(logN) 个周期就能把消息传播给所有节点。

（2）哨兵模式

 

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