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Redis，就是這么樸實(shí)無(wú)華

Redis是2009年發(fā)布的，到今天已經(jīng)超過(guò)10歲了。作為必備技能之一，關(guān)于它也有聊不完的話題。本文中的任何一個(gè)點(diǎn)，都可以展開(kāi)，完成一篇中等規(guī)模的文章。

交流和面試時(shí)，你需要用最精準(zhǔn)的語(yǔ)言進(jìn)行描述，那么本文比較適合你。

redis能力：

1 0W/s QPS (redis-benchmark)
1w+ 長(zhǎng)鏈接 (netstat / ss)
最復(fù)雜的Zset 6kw數(shù)據(jù) 寫入1k/s 讀取5k/s 平均耗時(shí)5ms
持久化 (rdb)

1. 基本概覽

學(xué)習(xí)一門新語(yǔ)言，重要的是掌握它的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的API。redis的這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就類似一門語(yǔ)言。

Redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

常用5種，一共10種。面試時(shí)一般回答5種即可，但其他5種是加分項(xiàng)。

String字符串
Hash 字典
List 列表
Set集合
ZSet 有序集合。性能參考：《redis的zset有多牛?請(qǐng)把耳朵遞過(guò)來(lái)》
Pubsub 發(fā)布訂閱 (不推薦使用，坑很多)
Bitmap 位圖
GEO 地理位置 (有限使用，附近的人)
Stream 流(5.0) (與Kafka非常像)
Hyperloglog 基數(shù)統(tǒng)計(jì)

Redis的協(xié)議

Redis是文本協(xié)議

RESP 以CRLF結(jié)尾(\r\n)
RESP3 (redis6啟用，增加客戶端緩存)

Redis底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)量較小和大數(shù)據(jù)量的時(shí)候，往往不同，關(guān)注大數(shù)據(jù)量的主要結(jié)構(gòu)。

String-sds
Hash-(ziplist , dict)
Set-(intset,dict)
List-(ziplist,quicklist)
ZSet-(ziplist+skiptable 跳表)
Stream-(radix-tree 基數(shù)數(shù))

跳表的關(guān)注度比較大，在Java中，可以參考類似ConcurrentSkipListMap實(shí)現(xiàn)。

另：Java中有序Set叫做TreeSet，但是用紅黑樹(shù)實(shí)現(xiàn)的，注意區(qū)別。

Redis持久化方式

生產(chǎn)環(huán)境，一般僅采用RDB模式。

RDB
AOF (類似Binglog row模式)
混合模式：RDB+AOF

O(n)指令

keys *
hgetall
smembers
sunion
...

建議在集合大小不確定的時(shí)候，使用scan hscan sscan zscan 替代。另外，像keys這種危險(xiǎn)命令，最好使用RENAME指令給屏蔽掉。

性能優(yōu)化

unlink刪除key -> 異步避免阻塞
pipeline批量傳輸，減少網(wǎng)絡(luò)RTT ->減少頻繁網(wǎng)絡(luò)交互
多值指令(mset，hmset)-> 減少頻繁網(wǎng)絡(luò)交互
關(guān)掉aof -> 避免io_wait

擴(kuò)展方式

lua
redis-module

module模式知道的人比較少，屬于比較底層的開(kāi)發(fā)。

2. 問(wèn)題排查

monitor指令回顯所有執(zhí)行的指令。可以使用grep配合過(guò)濾
keyspace-events 訂閱某些Key的事件。比如，刪除某條數(shù)據(jù)的事件，底層實(shí)現(xiàn)基于pubsub
slow log 顧名思義，滿查詢，非常有用
--bigkeys啟動(dòng)參數(shù) Redis大Key健康檢查。使用的是scan的方式執(zhí)行，不用擔(dān)心阻塞
memory usage key、memory stats 指令
info指令，關(guān)注instantaneous_ops_per_sec、used_memory_human、connected_clients
redis-rdb-tools rdb線下分析

3. 淘汰策略

如果你應(yīng)聘的是redis dba，這道題答不出來(lái)，直接淘汰。

被動(dòng)刪除 (只有被get到的時(shí)候，刪除并返回NIL 屬于惰性刪除)

主動(dòng)刪除 (100ms運(yùn)行一次，隨機(jī)刪除持續(xù)25ms，類似Cron)

->內(nèi)存使用超過(guò)maxmemory，觸發(fā)主動(dòng)清理策略

針對(duì)于第三種情況，有8種策略。注意，redis已經(jīng)有LFU了。

默認(rèn)volatile-lru 從設(shè)置過(guò)期數(shù)據(jù)集里查找最近最少使用

volatile-ttl 從設(shè)置過(guò)期的數(shù)據(jù)集里面優(yōu)先刪除剩余時(shí)間短的Key

volatile-random 從設(shè)置過(guò)期的數(shù)據(jù)集里面任意選擇數(shù)據(jù)淘汰

volatile-lfu 從過(guò)期的數(shù)據(jù)集里刪除最近不常使用的數(shù)據(jù)淘汰

allkeys-lru

allkeys-lfu

allkeys-random 數(shù)據(jù)被使用頻次最少的,優(yōu)先被淘汰

no-enviction

如果不設(shè)置maxmemory,Redis將一直使用內(nèi)存，直到觸發(fā)操作系統(tǒng)的OOM-KILLER。

4. 集群模式

單機(jī)
單機(jī)多實(shí)例
主從(1+n)
主從(1+n)& 哨兵(3或者基數(shù)個(gè))
Redis Cluster (推薦，但使用有限制)。參考：《與親生的Redis Cluster，來(lái)一次親密接觸》

互聯(lián)網(wǎng)建議使用Redis Cluster，外包、項(xiàng)目隨意。

大規(guī)模

twemproxy
codis
基于Netty Redis協(xié)議自研
管理平臺(tái)：CacheCloud

5. Redis常見(jiàn)問(wèn)題

Redis使用場(chǎng)景

緩存 (緩存一致性緩存穿透緩存擊穿緩存雪崩)
分布式鎖 (redlock)
分布式限流
Session

API舉例：

zset 排行榜，排序
bitmap 用戶簽到，在線狀態(tài)
geo 地理位置，附近的人
stream 類似kafka的消息流
hyperloglog 每日訪問(wèn)ip數(shù)統(tǒng)計(jì)

緩存一致性

為什么有一致性問(wèn)題?

寫入。緩存和數(shù)據(jù)庫(kù)是兩個(gè)不同的組件，只要涉及到雙寫，就存在只有一個(gè)寫成功的可能性，造成數(shù)據(jù)不一致。
更新。更新的情況類似，需要更新兩個(gè)不同的組件。
讀取。讀取要保證從緩存中讀到的信息是最新的，是和數(shù)據(jù)庫(kù)中的是一致的。
刪除。當(dāng)刪除數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的時(shí)候，如何把緩存中的數(shù)據(jù)也刪掉?

建議使用：Cache Aside Pattern

讀請(qǐng)求：

先讀cache，再讀db

變更操作：

先操作數(shù)據(jù)庫(kù)，再淘汰緩存

涉及到復(fù)雜的事務(wù)和回滾操作，可以把淘汰放在finally里。

問(wèn)題：緩存淘汰失敗!(概率很低，定時(shí)補(bǔ)償)

緩存擊穿

影響，輕微。

高流量下大量請(qǐng)求讀取一個(gè)失效的Key -> Redis Miss -> 穿透到DB

解決方式：采用分布式鎖，只有拿到鎖的第一個(gè)線程去請(qǐng)求數(shù)據(jù)庫(kù)，然后插入緩存

緩存穿透

影響，一般。

訪問(wèn)一個(gè)不存在的Key(惡意攻擊)-> Redis Miss -> 穿透到DB

解決方式：

給相應(yīng)的Key設(shè)置一個(gè)Null值，放在緩存中

BloomFilter預(yù)先判斷

緩存雪崩

影響：嚴(yán)重。

大量Key同時(shí)失效 | 2.Redis當(dāng)機(jī) -> Redis Miss -> 壓力打到DB

解決方式：

給失效時(shí)間加上相對(duì)的隨機(jī)數(shù)

保證Redis的高可用

分布式鎖

redis的分布式鎖，并不是那么簡(jiǎn)單。建議使用redisson的redlock。最基礎(chǔ)的指令是setnx。

setnx-> SET key value [EX seconds|PX milliseconds|KEEPTTL] [NX|XX] [GET]

分布式鎖關(guān)鍵點(diǎn)：

原子性
鎖超時(shí)
死鎖
讀寫鎖
故障轉(zhuǎn)移

最簡(jiǎn)單的Redis分布式鎖代碼(不嚴(yán)謹(jǐn))。

java端代碼模擬lock和unlock。

public String lock(String key, int timeOutSecond) {

    for (; ; ) {

        String stamp = String.valueOf(System.nanoTime());

        boolean exist = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, stamp, timeOutSecond, TimeUnit.SECONDS);

        if (exist) {

            return stamp;

        }

    }

}

public void unlock(String key, String stamp) {

    redisTemplate.execute(script, Arrays.asList(key), stamp);

}