redis原理及用途 redis的原理和使用场景

Redis 原理 及常见应用场景

 

目录

Redis 原理 及常见应用场景

redis常见应用场景

缓存雪崩

缓存穿透

缓存击穿

Redis支持的数据类型：

什么是Redis持久化？Redis有哪几种持久化方式？优缺点是什么？

存储结构:

刚刚上面你有提到redis通讯协议(RESP )，能解释下什么是RESP？有什么特点？

Redis 有哪些架构模式？讲讲各自的特点

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redis常见应用场景

1、缓存热点数据

如果你使用的是服务器端内容渲染，你又不想为每个请求重新渲染每个页面，就可以使用 Redis 把常被请求的内容缓存起来，能够大大的降低页面请求的延迟，已经有很多框架用Redis来缓存页面，这就是页面静态化的一种方式。

2.Session 存储

这可能是应用最广的点了，相比较于类似 memcache 的 session 存储，Redis 具有缓存数据持久化的能力，当缓存因出现问题而重启后，之前的缓存数据还在那儿，这个就比较实用，避免了因为session突然消失带来的用户体验问题。

3.发布和订阅

pub/sub   是 Redis 内置的一个非常强大的特性，例如可以创建一个实时的聊天系统、社交网络中的通知触发器等等。

缓存雪崩

对于系统 A，假设每天高峰期每秒 5000 个请求，本来缓存在高峰期可以扛住每秒 4000 个请求，但是缓存机器意外发生了全盘宕机。缓存挂了，此时 1 秒 5000 个请求全部落数据库，数据库必然扛不住，它会报一下警，然后就挂了。此时，如果没有采用什么特别的方案来处理这个故障，DBA 很着急，重启数据库，但是数据库立马又被新的流量给打死了。

这就是缓存雪崩。

 

 

缓存雪崩的事前事中事后的解决方案如下。

• 事前：redis 高可用，主从+哨兵，redis cluster，避免全盘崩溃。
• 事中：本地 ehcache 缓存 + hystrix 限流&降级，避免 MySQL 被打死。
• 事后：redis 持久化，一旦重启，自动从磁盘上加载数据，快速恢复缓存数据。

 

缓存穿透

对于系统A，假设一秒 5000 个请求，结果其中 4000 个请求是黑客发出的恶意攻击。

黑客发出的那 4000 个攻击，缓存中查不到，每次你去数据库里查，也查不到。

举个栗子。数据库 id 是从 1 开始的，结果黑客发过来的请求 id 全部都是负数。这样的话，缓存中不会有，请求每次都“视缓存于无物”，直接查询数据库。这种恶意攻击场景的缓存穿透就会直接把数据库给打死。

 

解决方式很简单，每次系统 A 从数据库中只要没查到，就写一个空值到缓存里去，比如 set -999 UNKNOWN。然后设置一个过期时间，这样的话，下次有相同的 key 来访问的时候，在缓存失效之前，都可以直接从缓存中取数据。

 

缓存击穿

缓存击穿，就是说某个 key 非常热点，访问非常频繁，处于集中式高并发访问的情况，当这个 key 在失效的瞬间，大量的请求就击穿了缓存，直接请求数据库，就像是在一道屏障上凿开了一个洞。

解决方式也很简单，可以将热点数据设置为永远不过期；或者基于 redis or zookeeper 实现互斥锁，等待第一个请求构建完缓存之后，再释放锁，进而其它请求才能通过该 key 访问数据。

Redis支持的数据类型：

String（字符串） 、Hash（哈希）、list（列表）、set（无序集合）、zset(有序集合）

什么是Redis持久化？Redis有哪几种持久化方式？优缺点是什么？

持久化就是把内存的数据写到磁盘中去，防止服务宕机了内存数据丢失。

Redis 提供了两种持久化方式:RDB（默认） 和AOF 

RDB：

rdb是Redis DataBase缩写

功能核心函数rdbSave(生成RDB文件)和rdbLoad（从文件加载内存）两个函数

 

AOF:

Aof是Append-only file缩写

 

每当执行服务器(定时)任务或者函数时flushAppendOnlyFile 函数都会被调用， 这个函数执行以下两个工作

aof写入保存：

WRITE：根据条件，将 aof_buf 中的缓存写入到 AOF 文件

SAVE：根据条件，调用 fsync 或 fdatasync 函数，将 AOF 文件保存到磁盘中。

存储结构:

  内容是redis通讯协议(RESP )格式的命令文本存储。

比较：

1、aof文件比rdb更新频率高，优先使用aof还原数据。

2、aof比rdb更安全也更大

3、rdb性能比aof好

4、如果两个都配了优先加载AOF

刚刚上面你有提到redis通讯协议(RESP )，能解释下什么是RESP？有什么特点？

RESP 是redis客户端和服务端之前使用的一种通讯协议；

RESP 的特点：实现简单、快速解析、可读性好

 

Redis 有哪些架构模式？讲讲各自的特点

 

 

特点：简单

问题：

1、内存容量有限 2、处理能力有限 3、无法高可用。

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。

 

 

特点：

1、master/slave 角色

2、master/slave 数据相同

3、降低 master 读压力在转交从库

问题：

无法保证高可用

没有解决 master 写的压力

哨兵

 

Redis sentinel 是一个分布式系统中监控 redis 主从服务器，并在主服务器下线时自动进行故障转移。其中三个特性：

监控（Monitoring）：    Sentinel  会不断地检查你的主服务器和从服务器是否运作正常。

提醒（Notification）： 当被监控的某个 Redis 服务器出现问题时， Sentinel 可以通过 API 向管理员或者其他应用程序发送通知。

自动故障迁移（Automatic failover）： 当一个主服务器不能正常工作时， Sentinel 会开始一次自动故障迁移操作。

特点：

1、保证高可用

2、监控各个节点

3、自动故障迁移

缺点：主从模式，切换需要时间丢数据

没有解决 master 写的压力

集群（直连型）：

 

从redis 3.0之后版本支持redis-cluster集群，Redis-Cluster采用无中心结构，每个节点保存数据和整个集群状态,每个节点都和其他所有节点连接。

特点：

1、无中心架构（不存在哪个节点影响性能瓶颈），少了 proxy 层。

2、数据按照 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。通过增加 Slave 做备份数据副本

5、实现故障自动 failover，节点之间通过 gossip 协议交换状态信息，用投票机制完成 Slave到 Master 的角色提升。

缺点：

1、资源隔离性较差，容易出现相互影响的情况。

2、数据通过异步复制,不保证数据的强一致性

Java实现Redis发布订阅

上代码：

想使用jedis先引入依赖

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>2.9.0</version>
</dependency>
复制代码

建立一个Publisher (发布者)

public class Publisher extends Thread{
    private final JedisPool jedisPool;
    public Publisher(JedisPool jedisPool) {
        this.jedisPool = jedisPool;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        Jedis jedis = jedisPool.getResource();   //连接池中取出一个连接
        while (true) {
            String line = null;
            try {
                line = reader.readLine();
                if (!"quit".equals(line)) {
                    jedis.publish("mychannel", line);   //从 mychannel 的频道上推送消息
                } else {
                    break;
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
复制代码

 

再建立一个订阅者

public class Subscriber extends JedisPubSub {
    public Subscriber(){}
    @Override
    public void onMessage(String channel, String message) {       //收到消息会调用
        System.out.println(String.format("receive redis published message, channel %s, message %s", channel, message));
    }
    @Override
    public void onSubscribe(String channel, int subscribedChannels) {    //订阅了频道会调用
        System.out.println(String.format("subscribe redis channel success, channel %s, subscribedChannels %d",
                channel, subscribedChannels));
    }
    @Override
    public void onUnsubscribe(String channel, int subscribedChannels) {   //取消订阅 会调用
        System.out.println(String.format("unsubscribe redis channel, channel %s, subscribedChannels %d",
                channel, subscribedChannels));
    }
}
复制代码

这里订阅者需要继承JedisPubSub，来重写它的三个方法。用途 注释上已经写了，很简单。

我们这里只是定义了一个订阅者，下面去订阅频道。

public class SubThread extends Thread {
    private final JedisPool jedisPool;
    private final Subscriber subscriber = new Subscriber();
    private final String channel = "mychannel";
    public SubThread(JedisPool jedisPool) {
        super("SubThread");
        this.jedisPool = jedisPool;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(String.format("subscribe redis, channel %s, thread will be blocked", channel));
        Jedis jedis = null;
        try {
            jedis = jedisPool.getResource();   //取出一个连接
            jedis.subscribe(subscriber, channel);    //通过subscribe 的api去订阅，入参是订阅者和频道名
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(String.format("subsrcibe channel error, %s", e));
        } finally {
            if (jedis != null) {
                jedis.close();
            }
        }
    }
}
复制代码

最后，再写一个测试类去跑一下。键盘输入消息，订阅者就会触发onMessage方法

public class PubSubDemo {
    public static void main( String[] args )
    {
        // 连接redis服务端
        JedisPool jedisPool = new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6379);
        
        System.out.println(String.format("redis pool is starting, redis ip %s, redis port %d", "127.0.0.1", 6379));
        SubThread subThread = new SubThread(jedisPool);  //订阅者
        subThread.start();
        Publisher publisher = new Publisher(jedisPool);    //发布者
        publisher.start();
    }
}
复制代码

总结：缓存雪崩是指缓存机器意外发生了全盘宕机，大量请求全部落在数据库上，数据库扛不住挂掉。重启数据库后，数据库又被新的流量打死。

缓存雪崩的事前事中事后的解决方案如下。

• 事前：redis 高可用，主从+哨兵，redis cluster，避免全盘崩溃。
• 事中：本地 ehcache 缓存 + hystrix （海思吹克思）限流&降级，避免 MySQL 被打死。
• 事后：redis 持久化，一旦重启，自动从磁盘上加载数据，快速恢复缓存数据。

缓存穿透是指大量的请求在缓存中查不到，直接查询数据库，造成数据库宕机。

解决方法：每次系统从数据库中只要没查到，就写一个控制到缓存里去，如果再有相同的 key 来访问的时候，在缓存失效之前，都可以直接从缓存中取数据。

缓存击穿是指某个key非常热点，访问非常频繁，处于集中式高并发访问的情况，当这个key失效的瞬间，大量的请求就击穿了缓存，直接请求数据库。

解决方法：可以将热点数据设置为永不过期，或者基于redis or zookeeper 实现互斥锁，等待第一个请求构建完缓存之后，再释放锁，进而其它请求才能通过该 key 访问数据。

redis支持的数据类型：String（字符串） 、Hash（哈希）、list（列表）、set（无序集合）、zset(有序集合）

什么是Redis持久化？Redis有哪几种持久化方式？优缺点是什么？

持久化就是把内存的数据写到磁盘中去，防止服务宕机了内存数据丢失。