Redis之淘汰策略、过期机制和事务控制

原创

Lucky麒麟 2022-12-19 13:59:28 博主文章分类：redis ©著作权

文章标签 Redis事务 Redis淘汰策略 Redis过期机制 Redis 文章分类 Redis 数据库

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`Redis`之内存淘汰、过期机制和事务操作

一、内存淘汰策略

1.1. `Redis`一共有六种淘汰机制：

noeviction:当内存使用达到阈值时候，所有引用申请内存的命令都会报错
allkeys-lru:在主键空间中，优先移除最近未使用的key（推荐）
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，随机移除某一个key
volatile-random:在设置了过期时间的键空间中，随机移除一个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

1.2. 如何设置淘汰策略

设置Redis的内存大小限制, 当数据达到限定的大小之后，会选择配置的淘汰策略数据

# maxmemory <bytes>
maxmemory 100mb

配置Redis淘汰策略

# The default is:
#
maxmemory-policy allkeys-lru

二、过期策略

2.1. `Redis`过期的命令

expire <key> <TTL>  # 将键的生存时间设置为ttl秒
pexpire <key> <TTL>   # 将键的生存时间设置为ttl毫秒
expireat <key> <timestamp>  # 将键的过期时间设为timestamp所指定的秒时间戳
pexpireat <key> <timestamp>  # 将键的过期时间设为timestamp所指定的毫秒时间戳
ttl <key> # 返回剩余生存时间ttl秒
pttl <key> # 返回剩余生存时间pttl毫秒
persist <key> # 移除一个键的过期时间

Redis是使用定期删除+惰性删除两者配合的过期策略。

2.2. 定期删除

定期删除指的是Redis默认每隔100ms就随机抽取一些设置了过期时间的key，检测这些key是否过期，如果过期了就将其删掉。

因为key太多，如果全盘扫描所有的key会非常耗性能，所以是随机抽取一些key来删除。这样就有可能删除不完，需要惰性删除配合。

2.3. 惰性删除

惰性删除不再是Redis去主动删除，而是在客户端要获取某个key的时候，Redis会先去检测一下这个key是否已经过期，如果没有过期则返回给客户端，如果已经过期了，那么Redis会删除这个key，不会返回给客户端。

所以惰性删除可以解决一些过期了，但没被定期删除随机抽取到的key。但有些过期的key既没有被随机抽取，也没有被客户端访问，就会一直保留在数据库，占用内存，长期下去可能会导致内存耗尽。所以Redis提供了内存淘汰机制来解决这个问题。

2.4. `Redis`过期通知机制

要开启Redis过期通知需要修改配置文件：redis.conf，当我们的key失效时，可以执行我们的客户端回调监听的方法。具体配置如下：

############################# EVENT NOTIFICATION ##############################

# Redis可以通知发布/订阅客户端有关密钥空间中发生的事件。
# This feature is documented at http://redis.io/topics/notifications
#
# 例如，如果启用了键空间事件通知，
# 并且客户端对存储在数据库0中的键“ foo”执行了DEL操作，则将通过Pub / Sub发布两条消息：
#
# PUBLISH __keyspace@0__:foo del
# PUBLISH __keyevent@0__:del foo
#
# 可以在一组类中选择Redis将通知的事件。每个类都由一个字符标识：
#
#  K     keyspace事件，事件以__keyspace@<db>__为前缀进行发布
#  E     keyevent事件，事件以__keyevent@<db>__为前缀进行发布
#  g     一般性的，非特定类型的命令，比如del，expire，rename等
#  $     字符串特定命令
#  l     列表特定命令
#  s     集合特定命令
#  h     哈希特定命令
#  z     有序集合特定命令
#  x     过期事件，当某个键过期并删除时会产生该事件
#  e     驱逐事件，当某个键因maxmemore策略而被删除时，产生该事件
#  A     g$lshzxe的别名，因此”AKE”意味着所有事件
#
#  “notify-keyspace-events”将由零个或多个字符组成的字符串作为参数。
# 空字符串表示已禁用通知
#
#  Example: to enable list and generic events, from the point of view of the
#           event name, use:
#
#  notify-keyspace-events Elg
#
#  Example 2: to get the stream of the expired keys subscribing to channel
#             name __keyevent@0__:expired use:
#
#  notify-keyspace-events Ex
#
#  默认情况下，所有通知都被禁用，因为大多数用户不需要此功能，并且该功能有一些开销。
# 请注意，如果您未指定K或E中的至少一个，则不会传递任何事件。
notify-keyspace-events Ex

重启Redis之后，我们测试一下：

127.0.0.1:6379> psubscribe __keyevent@0__:expired   # 开启失效监听
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "psubscribe"
2) "__keyevent@0__:expired"
3) (integer) 1

开启另一个Redis客户端：

127.0.0.1:6379> setex age 5 19
OK
127.0.0.1:6379>

五秒之后开启监听的客户端就会出现我们刚才设置的key

127.0.0.1:6379> psubscribe __keyevent@0__:expired
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "psubscribe"
2) "__keyevent@0__:expired"
3) (integer) 1
1) "pmessage"
2) "__keyevent@0__:expired"
3) "__keyevent@0__:expired"
4) "age"    # 刚才的age

2.5. `Springboot`整合`Redis`过期监听

需求：处理订单过期自动取消，比如30分钟未支付自动更新订单状态。

引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-pool2</artifactId>
</dependency>

增加Redis的监听配置类

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.listener.RedisMessageListenerContainer;

/**
 * @author 墨龙吟
 * @version 1.0.0
 * @ClassName RedisConfig.java
 * @Description Redis失效监听器
 * @createTime 2019年12月07日 - 12:51
 */
@Configuration
public class RedisListenerConfig {

    @Bean
    RedisMessageListenerContainer container(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
        RedisMessageListenerContainer listenerContainer = new RedisMessageListenerContainer();
        listenerContainer.setConnectionFactory(connectionFactory);
        return listenerContainer;
    }
}

import org.springframework.data.redis.connection.Message;
import org.springframework.data.redis.listener.KeyExpirationEventMessageListener;
import org.springframework.data.redis.listener.RedisMessageListenerContainer;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
 * @author 墨龙吟
 * @version 1.0.0
 * @ClassName RedisKeyExpirationListener.java
 * @Description 具体的监听类
 * @createTime 2019年12月07日 - 12:58
 */
@Component
public class RedisKeyExpirationListener extends KeyExpirationEventMessageListener {

    public RedisKeyExpirationListener(RedisMessageListenerContainer listenerContainer) {
        super(listenerContainer);
    }

    @Override
    public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
        // 里面就可处理自己的业务了， message.toString()可以获取失效的key
        String expiredKey= message.toString();
        System.out.println("该key ：expiraKey:" + expiredKey + "失效啦~");
        // 如果符合我们定义的前缀的话，就开始处理数据
        if (expiredKey.startsWith("order:")) {
            System.out.println("拿到key为："+ expiredKey +" ==> 开始处理业务");
        }
    }
}

添加一个控制器使用：

@RestController
public class RedisController {

    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    
// 使用这个需要注意，redisTemplate，这个要是用@Resource注入
//    @Resource
//    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

    @GetMapping("/set_key")
    public String setKey() {
        stringRedisTemplate.opsForValue().set("order:name", UUID.randomUUID().toString(), 5L, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("设置的key");
        return "success";
    }

}

结果：

Redis之淘汰策略、过期机制和事务控制_Redis事务

注意：针对这样的业务，我们也可以使用Spring + quartz定时任务，下单成功后，生成一个30分钟后运行的任务，30分钟后检查订单状态，如果未支付，则进行处理。

2.6. 缺点与改进

2.6.1 缺点：

Redis key的失效通知机制是基于其pub/sub模式的；这个模式有个致命的缺陷是，消息通知不能持久化，假如监听服务宕机期间，有key过期，那么这个失效通知就被忽略了。这样的场景，j就会出现丢失通知的情况，无法及时处理业务。

2.6.2 改进：

应当使用RabbitMq，超时自动取消订单使用RabbitMq的死信队列，接收死信队列更新订单状态即可。

三、事务操作

事务是必须满足4个条件（ACID）：：原子性（Atomicity，或称不可分割性）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation，又称独立性）、持久性（Durability）。

3.1. `Redis`事务的基本操作

ping：命令客户端向 Redis 服务器发送一个 PING ，如果服务器运作正常的话，会返回一个 PONG，通常用于测试与服务器的连接是否仍然生效，或者用于测量延迟值。

127.0.0.1:6379> multi             # 开启事务
OK
127.0.0.1:6379> incr user_id      # 将user_id（默认为0）值加一
QUEUED
127.0.0.1:6379> incr user_id
QUEUED
127.0.0.1:6379> incr user_id
QUEUED
127.0.0.1:6379> ping              
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec             # 提交事务
1) (integer) 1
2) (integer) 2
3) (integer) 3
4) PONG
127.0.0.1:6379>

注意，如果不加watch，假如有另外客服端将user_id改为100，那么最终exec后，user_id值为103。

使用watch监视key：

127.0.0.1:6379> watch name age    # 监视 name， age 两个key
OK
127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> set name tom
QUEUED
127.0.0.1:6379> incr age
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec
1) OK
2) (integer) 1
127.0.0.1:6379>

watch监视key，且事务被打断：

# 第一个客户端
127.0.0.1:6379> watch java java_version   # 第一个Redis客户端监视 这两个key
OK
127.0.0.1:6379> multi            #  开启事务
OK 
127.0.0.1:6379> set java web     
QUEUED
# 第二个客户端
127.0.0.1:6379> set java_version 1.8
OK
127.0.0.1:6379> 
# 返回第一个客户端提交事务
127.0.0.1:6379> exec
(nil)    # 失败
127.0.0.1:6379>

unwatch取消监视key：

在执行 watch命令之后， exec命令或 discard命令先被执行了的话，那么就不需要再执行 unwatch了。

127.0.0.1:6379> watch java java_version
OK
127.0.0.1:6379> unwatch
OK
127.0.0.1:6379>

discard取消事务：放弃执行事务块内的所有命令。

127.0.0.1:6379> multi                 # 开启事务
OK
127.0.0.1:6379> ping
QUEUED
127.0.0.1:6379> set name 123456
QUEUED
127.0.0.1:6379> discard               # 取消事务
OK
127.0.0.1:6379> exec                  # 提交事务失败  
(error) ERR EXEC without MULTI
127.0.0.1:6379>

事务内命令发生语法错误，整个事务命令都不执行：

127.0.0.1:6379> multi
OK
127.0.0.1:6379> incr age
QUEUED
127.0.0.1:6379> set email                # 错误命令
(error) ERR wrong number of arguments for 'set' command
127.0.0.1:6379> exec                     # 提交事务失败
(error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors.
127.0.0.1:6379>

事务内，命令格式语法正确，但是执行出错，其他命令正常，不会回滚：

127.0.0.1:6379> multi               # 开启事务
OK
127.0.0.1:6379> incr age            # age加一
QUEUED
127.0.0.1:6379> get age             # 获取age
QUEUED
127.0.0.1:6379> set name tom        # 为name赋值为tom
QUEUED
127.0.0.1:6379> incr name           # name 加一
QUEUED
127.0.0.1:6379> get name            # 获取name值
QUEUED
127.0.0.1:6379> exec                # 提交事务
1) (integer) 2
2) "2"
3) OK
4) (error) ERR value is not an integer or out of range
5) "tom"
127.0.0.1:6379>

3.2. `Redis`事务和`MySQL`事务的区别

第一个：

MySQL用BEGIN、ROLLBACK、COMMIT，显式开启并控制一个新的Transaction。事务是默认开启的。MySQL主要是通过乐观锁和悲观锁进行数据库事务的并发控制。

Redis是用MULTI、EXEC、DISCARD，显式开启并控制一个Transaction。Redis中是通过watch加乐观锁对数据库进行并发控制。

第二个：

MySQL实现事务，是基于UNDO/REDO日志。UNDO日志记录修改前的状态，ROLLBACK基于UNDO日志实现；ERDO记录修改之后的状态，COMMIT基于ERDO日志实现。

Redis实现事务，是基于COMMANDS队列，如果没有开启事务，COMMAND会立即返回执行结果，并直接写入磁盘；如果事务开启，COMMAND不会被立即执行，而是排入队列并返回排队状态。调用EXEC才会执行COMMANDS队列。

3.3. `Redis`如何保证事务安全

Redis本身就是单线程的能够保证线程安全问题。

四、悲观锁、乐观锁和`watch`解释

悲观锁：
悲观锁(Pessimistic Lock)，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。
传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。
乐观锁：
乐观锁(Optimistic Lock)，就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。
乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量。
乐观锁策略:提交版本必须大于记录当前版本才能执行更新。
watch：
watch指令，类似乐观锁，事务提交时，如果Key的值已被别的客户端改变。比如某个list已被别的客户端push/pop过了，整个事务队列都不会被执行。
通过watch命令在事务执行之前监控了多个keys，倘若在watch之后有任何key的值发生了变化，exec命令执行的事务都将被放弃，同时返回Nullmulti-bulk应答以通知调用者事务执行失败。
一旦执行了exec/unwatch/discard之前加的监控锁都会被取消掉了。

五、参考文章

https://www.jianshu.com/p/5f31d77d006b

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