Redis

• Redis
  • 过期策略
    • 惰性删除
    • 定期删除
  • 内存淘汰策略
  • 内存淘汰算法
  • 分布式锁
    • 使用 Redis 实现分布式锁
  • 实现消息队列
  • Redis的高可用
    • 数据持久化
    • 主从模式
    • 哨兵模式
    • Redis集群

Redis是应用的最多的缓存中间件，也是使用最多的非关系型数据库，其重要性不可言喻。

Redis

过期策略

对于已经过期的数据，Redis 将使用两种策略来删除这些过期键，它们分别是惰性删除和定期删除。

惰性删除

指 Redis 服务器不主动删除过期的键值，而是当访问键值时，再检查当前的键值是否过期，如果过期则执行删除并返回 null 给客户端；如果没过期则正常返回值信息给客户端。

int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
    // 判断键是否过期
    if (!keyIsExpired(db,key)) return 0;
    if (server.masterhost != NULL) return 1;
    /* 删除过期键 */
    // 增加过期键个数
    server.stat_expiredkeys++;
    // 传播键过期的消息
    propagateExpire(db,key,server.lazyfree_lazy_expire);
    notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED,
        "expired",key,db->id);
    // server.lazyfree_lazy_expire 为 1 表示异步删除，否则则为同步删除
    return server.lazyfree_lazy_expire ? dbAsyncDelete(db,key) :
                                         dbSyncDelete(db,key);
}
// 判断键是否过期
int keyIsExpired(redisDb *db, robj *key) {
    mstime_t when = getExpire(db,key);
    if (when < 0) return 0; 
    if (server.loading) return 0;
    mstime_t now = server.lua_caller ? server.lua_time_start : mstime();
    return now > when;
}
// 获取键的过期时间
long long getExpire(redisDb *db, robj *key) {
    dictEntry *de;
    if (dictSize(db->expires) == 0 ||
       (de = dictFind(db->expires,key->ptr)) == NULL) return -1;
    serverAssertWithInfo(NULL,key,dictFind(db->dict,key->ptr) != NULL);
    return dictGetSignedIntegerVal(de);
}

定期删除

内存淘汰策略

• noeviction：不淘汰任何数据，当内存不足时，执行缓存新增操作会报错，它是 Redis 默认内存淘汰策略。
• volatile-random：随机淘汰设置了过期时间的任意键值。
• allkeys-lru：淘汰整个键值中最久未使用的键值。
• allkeys-random：随机淘汰任意键值。
• volatile-lru：淘汰所有设置了过期时间的键值中最久未使用的键值。
• volatile-ttl：优先淘汰更早过期的键值。
• volatile-lfu，淘汰所有设置了过期时间的键值中最少使用的键值；
• allkeys-lfu，淘汰整个键值中最少使用的键值。

内存淘汰算法

LRU和LFU

分布式锁

我们前面所讲的在程序中使用的锁都是单机锁，单机锁只能在单台服务器上生效，无法应用在分布式系统中。分布式锁的实现方式主要为四种：

• 基于 MySQL 的悲观锁来实现分布式锁
• 基于 Memcached 实现分布式锁
• 基于 Redis 实现分布式锁
• 基于 ZooKeeper 实现分布式锁

使用 Redis 实现分布式锁

使用 Redis 实现分布式锁主要需要使用 setnx 方法

127.0.0.1:6379> setnx lock true
(integer) 1 //返回为1时表示创建成功
#逻辑业务处理...
127.0.0.1:6379> del lock
(integer) 1 #释放锁

//该命令判断锁是否存在并将超时时间存入键值对
127.0.0.1:6379> set lock true ex 30 nx

实现消息队列

Redis一共有四种方式实现：

1. 使用 List 实现消息队列；
2. 使用 ZSet 实现消息队列；
3. 使用发布订阅者模式实现消息队列（不支持持久化）；
4. 使用 Stream 实现消息队列（支持消费者确认）。

Redis的高可用

实现高可用的手段主要有四种：

1. 数据持久化，保证了系统在发生宕机或者重启之后数据不会丢失，增加了系统的可靠性；
2. 主从数据同步，可以将数据存储至多台服务器；
3. 哨兵模式，用于发生故障之后自动切换服务器；
4. 集群，用于提供性能更好的 Redis 服务，并且它自身拥有故障自动切换的能力。

数据持久化

4.0之前数据持久化方式有AOF和RDB两种，之后推出了混合持久化。

• RDB（Redis DataBase，快照方式）是将某一个时刻的内存数据，以二进制的方式写入磁盘，占用的空间更小、并且与 AOF 相比，RDB 具备更快的重启恢复能力；
• AOF（Append Only File，文件追加方式）是指将所有的操作命令，以文本的形式追加到文件中，存储频率更高，因此丢失数据的风险就越低，缺点是占用空间大，重启之后的数据恢复速度比较慢；
• 混合持久化：开始的数据以 RDB 的格式进行存储，因此只会占用少量的空间，并且之后的命令会以 AOF 的方式进行数据追加，这样就可以减低数据丢失的风险，同时可以提高数据恢复的速度。

主从模式

• 把多个 Redis 节点组成一个 Redis 集群，在这个集群当中有一个主节点用来进行数据的操作，其他从节点用于同步主节点的内容。
• 分为主从模式和从从模式（一级从节点下还可以拥有其他从节点。
• 可以实现数据读写分离，主节点用来写，从节点用来读。
• 主节点宕机需要人工介入恢复。

哨兵模式

• 用来监视 Redis 主从服务器，当 Redis 的主从服务器发生故障之后，Redis 哨兵提供了自动容灾修复的功能。
• 如果一个主服务器被标记为主观下线，那么正在监视这个主服务器的所有哨兵节点，要以每秒 1 次的频率确认主服务器是否进入了主观下线的状态。如果有足够数量（quorum 配置值）的哨兵证实该主服务器为主观下线，那么这个主服务器被标记为客观下线。此时所有的哨兵会按照规则（协商）自动选出新的主节点服务器，并自动完成主服务器的自动切换功能。

Redis集群

将数据分布在不同的主服务器上，以此来降低系统对单主节点的依赖，并且可以大大提高 Redis 服务的读写性能。Redis 集群除了拥有主从模式 + 哨兵模式的所有功能之外，还提供了多个主从节点的集群功能。