缓存Redis使用

（一）Redis 有哪些类型

在 Redis 中有五种数据类型

  • String：字符串
  • Hash：字典
  • List：列表
  • Set：集合
  • Sorted Set：有序集合

（二）Redis 内部结构

Redis 内部使用一个 redisObject 对象来表示所有的 key 和 value。

  • type ：代表一个 value 对象具体是何种数据类型。
  • encoding ：是不同数据类型在 redis 内部的存储方式，比如：type=string 代表 value 存储的是一个普通字符串，那么对应的 encoding 可以是 raw 或者是 int，如果是 int 则代表实际 redis 内部是按数值型类存储和表示这个字符串的，当然前提是这个字符串本身可以用数值表示，比如："123" "456"这样的字符串。
  • vm 字段：只有打开了 Redis 的虚拟内存功能，此字段才会真正的分配内存，该功能默认是关闭状态的。 Redis 使用 redisObject 来表示所有的 key/value 数据是比较浪费内存的，当然这些内存管理成本的付出主要也是为了给 Redis 不同数据类型提供一个统一的管理接口，实际作者也提供了多种方法帮助我们尽量节省内存使用。

（三）Redis 内存淘汰机制

Redis 内存淘汰指的是用户存储的一些键被可以被 Redis 主动地从实例中删除，从而产生读 miss 的情况，那么 Redis 为什么要有这种功能？这就是我们需要探究的设计初衷。Redis 最常见的两种应用场景为缓存和持久存储，首先要明确的一个问题是内存淘汰策略更适合于那种场景？是持久存储还是缓存？

假设我们有一个 Redis 服务器，服务器物理内存大小为 1G 的，我们需要存在 Redis 中的数据量很小，这看起来似乎足够用很长时间了，随着业务量的增长，我们放在 Redis 里面的数据越来越多了，数据量大小似乎超过了 1G，但是应用还可以正常运行，这是因为操作系统的可见内存并不受物理内存限制，而是虚拟内存，物理内存不够用没关系，操作系统会从硬盘上划出一片空间用于构建虚拟内存，比如32位的操作系统的可见内存大小为 2^32，而用户空间的可见内存要小于 2^32 很多，大概是 3G 左右。好了，我们庆幸操作系统为我们做了这些，但是我们需要知道这背后的代价是不菲的，不合理的使用内存有可能发生频繁的 swap，频繁 swap 的代价是惨痛的。所以回过头来看，作为有追求的程序员，我们还是要小心翼翼地使用好每块内存，把用户代码能解决的问题尽量不要抛给操作系统解决。

内存的淘汰机制的初衷是为了更好地使用内存，用一定的缓存 miss 来换取内存的使用效率。

1、如何用

作为 Redis 用户，我们如何使用 Redis 提供的这个特性呢？

    # maxmemory <bytes>

我们可以通过配置 redis.conf 中的 maxmemory 这个值来开启内存淘汰功能，至于这个值有什么意义，我们可以通过了解内存淘汰的过程来理解它的意义：

  • 客户端发起了需要申请更多内存的命令（如set）
  • Redis 检查内存使用情况，如果已使用的内存大于 maxmemory 则开始根据用户配置的不同淘汰策略来淘汰内存（key），从而换取一定的内存
  • 如果上面都没问题，则这个命令执行成功

maxmemory 为 0 的时候表示我们对 Redis 的内存使用没有限制

2、内存淘汰策略

内存淘汰只是 Redis 提供的一个功能，为了更好地实现这个功能，必须为不同的应用场景提供不同的策略，内存淘汰策略讲的是为实现内存淘汰我们具体怎么做，要解决的问题包括淘汰键空间如何选择？在键空间中淘汰键如何选择？

Redis 提供了下面几种淘汰策略供用户选择，其中默认的策略为 noeviction 策略：

  • noeviction：当内存使用达到阈值的时候，所有引起申请内存的命令会报错
  • allkeys-lru：在主键空间中，优先移除最近未使用的key
  • volatile-lru：在设置了过期时间的键空间中，优先移除最近未使用的 key
  • allkeys-random：在主键空间中，随机移除某个 key
  • volatile-random：在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个 key
  • volatile-ttl：在设置了过期时间的键空间中，具有更早过期时间的 key 优先移除

这里补充一下主键空间和设置了过期时间的键空间，举个例子，假设我们有一批键存储在Redis中，则有那么一个哈希表用于存储这批键及其值，如果这批键中有一部分设置了过期时间，那么这批键还会被存储到另外一个哈希表中，这个哈希表中的值对应的是键被设置的过期时间。设置了过期时间的键空间为主键空间的子集。

3、如何选择淘汰策略

我们了解了 Redis 大概提供了这么几种淘汰策略，那么如何选择呢？淘汰策略的选择可以通过下面的配置指定：

    # maxmemory-policy noeviction

但是这个值填什么呢？为解决这个问题，我们需要了解我们的应用请求对于 Redis 中存储的数据集的访问方式以及我们的诉求是什么。同时 Redis 也支持 Runtime 修改淘汰策略，这使得我们不需要重启 Redis 实例而实时的调整内存淘汰策略。

下面看看几种策略的适用场景：

  • allkeys-lru：如果我们的应用对缓存的访问符合幂律分布（也就是存在相对热点数据），或者我们不太清楚我们应用的缓存访问分布状况，我们可以选择 allkeys-lru 策略
  • allkeys-random：如果我们的应用对于缓存 key 的访问概率相等，则可以使用这个策略
  • volatile-ttl：这种策略使得我们可以向 Redis 提示哪些 key 更适合被 eviction

另外，volatile-lru 策略和 volatile-random 策略适合我们将一个Redis实例既应用于缓存和又应用于持久化存储的时候，然而我们也可以通过使用两个 Redis 实例来达到相同的效果，值得一提的是将key设置过期时间实际上会消耗更多的内存，因此我们建议使用 allkeys-lru 策略从而更有效率的使用内存。

4、非精准的 LRU

上面提到的 LRU（Least Recently Used）策略，实际上 Redis 实现的 LRU 并不是可靠的 LRU，也就是名义上我们使用 LRU 算法淘汰键，但是实际上被淘汰的键并不一定是真正的最久没用的，这里涉及到一个权衡的问题，如果需要在全部键空间内搜索最优解，则必然会增加系统的开销，Redis 是单线程的，也就是同一个实例在每一个时刻只能服务于一个客户端，所以耗时的操作一定要谨慎。为了在一定成本内实现相对的 LRU，早期的 Redis 版本是基于采样的 LRU，也就是放弃全部键空间内搜索解改为采样空间搜索最优解。自从 Redis3.0 版本之后，Redis 作者对于基于采样的 LRU 进行了一些优化，目的是在一定的成本内让结果更靠近真实的 LRU。

 

（三）聊聊 Redis 使用场景

    • 缓存
    • 会话缓存
    • 时效性
    • 访问频率
    • 计数器
    • 社交列表
    • 记录用户判定信息
    • 交集、并集和差集
    • 热门列表与排行榜
    • 最新动态
    • 消息队列

（四）Redis 持久化机制

Redis 有两种持久化机制：

RDB

RDB 持久化方式会在一个特定的间隔保存那个时间点的一个数据快照

AOF

AOF 持久化方式则会记录每一个服务器收到的写操作。在服务启动时，这些记录的操作会逐条执行从而重建出原来的数据。写操作命令记录的格式跟 Redis 协议一致，以追加的方式进行保存

Redis 的持久化是可以禁用的，就是说你可以让数据的生命周期只存在于服务器的运行时间里。两种方式的持久化是可以同时存在的，但是当 Redis 重启时，AOF 文件会被优先用于重建数据。

（五）Redis 集群方案与实现

  • 客户端分片
  • 基于代理的分片
  • 路由查询
  • 客户端分片
  • 由客户端决定 key 写入或者读取的节点
  • 包括 Jedis 在内的一些客户端，实现了客户端分片机制

路由查询

将请求发送到任意节点，接收到请求的节点会将查询请求发送到正确的节点上执行。

开源方案

Sentinel

（六）Redis 为什么是单线程的

因为 CPU 不是 Redis 的瓶颈。Redis 的瓶颈最有可能是机器内存或者网络带宽。（以上主要来自官方 FAQ）既然单线程容易实现，而且 CPU 不会成为瓶颈，那就顺理成章地采用单线程的方案了。

（七）缓存崩溃

  • 碰到这种情况，一般并发量不是特别多的时候，使用最多的解决方案是加锁排队。
  • 加锁排队只是为了减轻数据库的压力，并没有提高系统吞吐量。假设在高并发下，缓存重建期间 key 是锁着的，这时过来 1000 个请求 999 个都在阻塞的。同样会导致用户等待超时，这是个治标不治本的方法。

（八）缓存降级

1、页面降级

在大促或者某些特殊情况下，某些页面占用了一些稀缺服务资源，在紧急情况下可以对其整个降级，以达到丢卒保帅；

2、页面片段降级

比如商品详情页中的商家部分因为数据错误了，此时需要对其进行降级；

3、页面异步请求降级

比如商品详情页上有推荐信息/配送至等异步加载的请求，如果这些信息响应慢或者后端服务有问题，可以进行降级；

4、服务功能降级

比如渲染商品详情页时需要调用一些不太重要的服务：相关分类、热销榜等，而这些服务在异常情况下直接不获取，即降级即可；

5、读降级

比如多级缓存模式，如果后端服务有问题，可以降级为只读缓存，这种方式适用于对读一致性要求不高的场景；

6、写降级

比如秒杀抢购，我们可以只进行Cache的更新，然后异步同步扣减库存到DB，保证最终一致性即可，此时可以将DB降级为Cache。

7、爬虫降级

在大促活动时，可以将爬虫流量导向静态页或者返回空数据，从而保护后端稀缺资源。

8、自动开关降级

自动降级是根据系统负载、资源使用情况、SLA等指标进行降级。

9、超时降级

当访问的数据库/http服务/远程调用响应慢或者长时间响应慢，且该服务不是核心服务的话可以在超时后自动降级；比如商品详情页上有推荐内容/评价，但是推荐内容/评价暂时不展示对用户购物流程不会产生很大的影响；对于这种服务是可以超时降级的。如果是调用别人的远程服务，和对方定义一个服务响应最大时间，如果超时了则自动降级。

（九）使用缓存的合理性问题

  • 热点数据，缓存才有价值
  • 频繁修改的数据，看情况考虑使用缓存
  • 数据不一致性
  • 缓存更新机制
  • 缓存可用性
  • 缓存服务降级
  • 缓存预热
  • 缓存穿透

转自：有梦想的咸鱼

posted @ 2020-11-26 10:11  乘风破浪的小子  阅读(228)  评论(0)    收藏  举报