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本文使用第一人稱(chēng)來(lái)介紹Redis

一、概述

Redis，英文全稱(chēng)是Remote Dictionary Server（遠(yuǎn)程字典服務(wù)），是一個(gè)開(kāi)源的使用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)、支持網(wǎng)絡(luò)、可基于內(nèi)存亦可持久化的日志型、Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供多種語(yǔ)言的API。

與MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)不同的是，Redis的數(shù)據(jù)是存在內(nèi)存中的。它的讀寫(xiě)速度非常快，每秒可以處理超過(guò)10萬(wàn)次讀寫(xiě)操作。因此redis被廣泛應(yīng)用于緩存，另外，Redis也經(jīng)常用來(lái)做分布式鎖。除此之外，Redis支持事務(wù)、持久化、LUA 腳本、LRU 驅(qū)動(dòng)事件、多種集群方案。

提及我的誕生，我與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL之間有著不解之緣。在我尚未降臨這個(gè)世界之前，MySQL歷經(jīng)艱辛，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，它所承載的數(shù)據(jù)量日益龐大，用戶(hù)請(qǐng)求也如潮水般洶涌而至。每一次的用戶(hù)請(qǐng)求，都化作了對(duì)它無(wú)盡的讀寫(xiě)挑戰(zhàn)，使得MySQL備受煎熬。特別是在“雙11”、“618”這樣的全民購(gòu)物狂歡節(jié)，對(duì)MySQL而言，無(wú)疑是難熬的考驗(yàn)時(shí)刻。

后來(lái)，MySQL向我透露了一個(gè)秘密。它告訴我，其實(shí)大多數(shù)的用戶(hù)請(qǐng)求都是讀取操作，而且往往都是對(duì)同一數(shù)據(jù)的反復(fù)查詢(xún)，這導(dǎo)致它不得不花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行磁盤(pán)I/O操作，這無(wú)疑是一種巨大的資源浪費(fèi)。

有人開(kāi)始深思，是否可以借鑒CPU的工作原理，為數(shù)據(jù)庫(kù)也添加一個(gè)緩存機(jī)制呢？于是，我便應(yīng)運(yùn)而生，踏上了這個(gè)世界的舞臺(tái)。

自誕生之初，我便與MySQL結(jié)下了深厚的友誼。我們攜手并肩，共同出現(xiàn)在后端服務(wù)器的舞臺(tái)上。每當(dāng)應(yīng)用程序需要從MySQL查詢(xún)數(shù)據(jù)時(shí)，它們會(huì)首先在我這里進(jìn)行登記。當(dāng)再次需要這些數(shù)據(jù)時(shí)，它們會(huì)首先向我發(fā)出請(qǐng)求。如果我這里有它們所需的數(shù)據(jù)，它們便無(wú)需再勞煩MySQL；若我這里沒(méi)有，它們才會(huì)轉(zhuǎn)向MySQL尋求幫助。

如此，我便成為了MySQL的得力助手，與它共同應(yīng)對(duì)著日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)。我們攜手前行，共同書(shū)寫(xiě)著數(shù)據(jù)庫(kù)世界的輝煌篇章。

二、支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

大多數(shù)小伙伴都知道，為了方便使用，我支持以下這五種基本類(lèi)型：

• String（字符串）

• Hash（哈希）

• List（列表）

• Set（集合）

• zset（有序集合）

string

字符串最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。字符串類(lèi)型的值實(shí)際可以是字符串（簡(jiǎn)單的字符串、復(fù)雜的字符串（例如JSON、XML））、數(shù)字 （整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)），甚至是二進(jìn)制（圖片、音頻、視頻），但是值最大不能超過(guò)512MB。

字符串主要有以下幾個(gè)典型使用場(chǎng)景：

• 緩存功能

• 計(jì)數(shù)

• 共享Session

• 限速

hash

哈希類(lèi)型是指鍵值本身又是一個(gè)鍵值對(duì)結(jié)構(gòu)。

哈希主要有以下典型應(yīng)用場(chǎng)景：

• 緩存用戶(hù)信息

• 緩存對(duì)象

list

列表（list）類(lèi)型是用來(lái)存儲(chǔ)多個(gè)有序的字符串。列表是一種比較靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以充當(dāng)棧和隊(duì)列的角色

列表主要有以下幾種使用場(chǎng)景：

• 消息隊(duì)列

• 文章列表

set

集合（set）類(lèi)型也是用來(lái)保存多個(gè)的字符串元素，但和列表類(lèi)型不一 樣的是，集合中不允許有重復(fù)元素，并且集合中的元素是無(wú)序的。

集合主要有如下使用場(chǎng)景：

• 標(biāo)簽（tag）

• 共同關(guān)注

sorted set

有序集合中的元素可以排序。但是它和列表使用索引下標(biāo)作為排序依據(jù)不同的是，它給每個(gè)元素設(shè)置一個(gè)權(quán)重（score）作為排序的依據(jù)。

有序集合主要應(yīng)用場(chǎng)景：

• 用戶(hù)點(diǎn)贊統(tǒng)計(jì)

• 用戶(hù)排序

我還有三種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型

• Geospatial

• Hyperloglog

• Bitmap

因?yàn)槲野训怯浀臄?shù)據(jù)都記錄在內(nèi)存中，不用去執(zhí)行慢如蝸牛的I/O操作，所以找我要比找MySQL要省去了不少的時(shí)間呢。

可別小瞧這簡(jiǎn)單的一個(gè)改變，我可為MySQL減輕了不小的負(fù)擔(dān)！隨著程序的運(yùn)行，我緩存的數(shù)據(jù)越來(lái)越多，有相當(dāng)部分時(shí)間我都給它擋住了用戶(hù)請(qǐng)求，這一下它可樂(lè)得清閑自在了！

有了我的加入，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的性能提升了不少，這都?xì)w功于我為數(shù)據(jù)庫(kù)擋下了不少的事兒。

三、緩存過(guò)期 && 緩存淘汰

不過(guò)很快我發(fā)現(xiàn)事情不妙了，我緩存的數(shù)據(jù)都是在內(nèi)存中，可是就算是在服務(wù)器上，內(nèi)存的空間資源還是很有限的，不能無(wú)節(jié)制的這么存下去，我得想個(gè)辦法，不然吃棗藥丸。

不久，我想到了一個(gè)辦法：給緩存內(nèi)容設(shè)置一個(gè)超時(shí)時(shí)間，具體設(shè)置多長(zhǎng)交給應(yīng)用程序們?nèi)ピO(shè)置，我要做的就是把過(guò)期了的內(nèi)容從我里面刪除掉，及時(shí)騰出空間就行了。

超時(shí)時(shí)間有了，我該在什么時(shí)候去干這個(gè)清理的活呢？

最簡(jiǎn)單的就是定期刪除，我決定100ms就做一次，一秒鐘就是10次！

我清理的時(shí)候也不能一口氣把所有過(guò)期的都給刪除掉，我這里面存了大量的數(shù)據(jù)，要全面掃一遍的話(huà)那不知道要花多久時(shí)間，會(huì)嚴(yán)重影響我接待新的客戶(hù)請(qǐng)求的！

時(shí)間緊任務(wù)重，我只好隨機(jī)選擇一部分來(lái)清理，能緩解內(nèi)存壓力就行了。

就這樣過(guò)了一段日子，我發(fā)現(xiàn)有些個(gè)鍵值運(yùn)氣比較好，每次都沒(méi)有被我的隨機(jī)算法選中，每次都能幸免于難，這可不行，這些長(zhǎng)時(shí)間過(guò)期的數(shù)據(jù)一直霸占著不少的內(nèi)存空間！氣抖冷！

我眼里可揉不得沙子！于是在原來(lái)定期刪除的基礎(chǔ)上，又加了一招：

那些原來(lái)逃脫我隨機(jī)選擇算法的鍵值，一旦遇到查詢(xún)請(qǐng)求，被我發(fā)現(xiàn)已經(jīng)超期了，那我就絕不客氣，立即刪除。

這種方式因?yàn)槭潜粍?dòng)式觸發(fā)的，不查詢(xún)就不會(huì)發(fā)生，所以也叫惰性刪除！

可是，還是有部分鍵值，既逃脫了我的隨機(jī)選擇算法，又一直沒(méi)有被查詢(xún)，導(dǎo)致它們一直逍遙法外！而于此同時(shí)，可以使用的內(nèi)存空間卻越來(lái)越少。

而且就算退一步講，我能夠把過(guò)期的數(shù)據(jù)都刪除掉，那萬(wàn)一過(guò)期時(shí)間設(shè)置的很長(zhǎng)，還沒(méi)等到我去清理，內(nèi)存就吃滿(mǎn)了，一樣要吃棗藥丸，所以我還得想個(gè)辦法。

我苦思良久，終于憋出了個(gè)大招：內(nèi)存淘汰策略，這一次我要徹底解決問(wèn)題！

我提供了8種淘汰策略供應(yīng)用程序選擇，用于我遇到內(nèi)存不足時(shí)該如何決策：

• volatile-lru：從已設(shè)置過(guò)期時(shí)間的數(shù)據(jù)集中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰。
  allkeys-lru：從數(shù)據(jù)集中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰
  volatile-lfu：從已設(shè)置過(guò)期時(shí)間的數(shù)據(jù)集挑選使用頻率最低的數(shù)據(jù)淘汰。
  allkeys-lfu：從數(shù)據(jù)集中挑選使用頻率最低的數(shù)據(jù)淘汰。
  volatile-ttl：從已設(shè)置過(guò)期時(shí)間的數(shù)據(jù)集中挑選將要過(guò)期的數(shù)據(jù)淘汰。
  volatile-random：從已設(shè)置過(guò)期時(shí)間的數(shù)據(jù)集中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰。
  allkeys-random：從數(shù)據(jù)集（server.db[i].dict）中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰
  no-enviction（驅(qū)逐）：禁止驅(qū)逐數(shù)據(jù)，這也是默認(rèn)策略。意思是當(dāng)內(nèi)存不足以容納新入數(shù)據(jù)時(shí)，新寫(xiě)入操作就會(huì)報(bào)錯(cuò)，請(qǐng)求可以繼續(xù)進(jìn)行，線上任務(wù)也不能持續(xù)進(jìn)行，采用no-enviction策略可以保證數(shù)據(jù)不被丟失。

有了上面幾套組合拳，我再也不用擔(dān)心過(guò)期數(shù)據(jù)多了把空間撐滿(mǎn)的問(wèn)題了~

我為了避免頻繁的觸發(fā)淘汰策略，每次會(huì)淘汰掉一批數(shù)據(jù)，淘汰的數(shù)據(jù)的大小其實(shí)是和置換的大小來(lái)確定的，如果置換的數(shù)據(jù)量大，淘汰的肯定也多。
客戶(hù)端執(zhí)行一條新命令，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)需要增加數(shù)據(jù)（比如set key value）我會(huì)檢查內(nèi)存使用，如果內(nèi)存使用超過(guò)max memory，我就會(huì)按照置換策略刪除一些key

四、緩存穿透 && 布隆過(guò)濾器

我的日子過(guò)的還挺舒坦，不過(guò)MySQL大哥就沒(méi)我這么舒坦了，有時(shí)候遇到些煩人的請(qǐng)求，查詢(xún)的數(shù)據(jù)不存在，MySQL就要白忙活一場(chǎng)！不僅如此，因?yàn)椴淮嬖冢乙矝](méi)法緩存啊，導(dǎo)致同樣的請(qǐng)求來(lái)了每次都要去讓MySQL白忙活一場(chǎng)。我作為緩存的價(jià)值就沒(méi)得到體現(xiàn)啦！這就是人們常說(shuō)的緩存穿透。

這一來(lái)二去，MySQL大哥忍不住了：“唉，兄弟，能不能幫忙想個(gè)辦法，把那些明知道不會(huì)有結(jié)果的查詢(xún)請(qǐng)求給我擋一下”

這時(shí)我想到了我的另外一個(gè)好朋友：布隆過(guò)濾器

我這位朋友別的本事沒(méi)有，就擅長(zhǎng)從超大的數(shù)據(jù)集中快速告訴你查找的數(shù)據(jù)存不存在（悄悄告訴你，我的這位朋友有一點(diǎn)不靠譜，它告訴你存在的話(huà)不能全信，其實(shí)有可能是不存在的，不過(guò)它他要是告訴你不存在的話(huà)，那就一定不存在，同時(shí)他也不支持刪除元素）。它是一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個(gè)存儲(chǔ)位存儲(chǔ)都是一個(gè)bit，即0或者1, 來(lái)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)是否存在。

五、緩存擊穿 && 緩存雪崩

這之后過(guò)了一段時(shí)間太平日子，直到那一天···

有一次，MySQL那家伙正優(yōu)哉游哉的摸魚(yú)，突然一大堆請(qǐng)求給他懟了過(guò)去，給他打了一個(gè)措手不及。

一陣忙活之后，MySQL怒氣沖沖的找到了我，“兄弟，咋回事啊，怎么一下子來(lái)的這么猛”

我查看了日志，趕緊解釋到：“大哥，實(shí)在不好意思，剛剛有一個(gè)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)到了過(guò)期時(shí)間，被我刪掉了，不巧的是隨后就有對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)的大量查詢(xún)請(qǐng)求來(lái)了，我這里已經(jīng)刪了，所以請(qǐng)求都發(fā)到你那里來(lái)了”

“你這干的叫啥事，下次注意點(diǎn)啊”，MySQL大哥一臉不高興的離開(kāi)了。

這一件小事我也沒(méi)怎么放在心上，隨后就拋之腦后了，卻沒(méi)曾想幾天之后竟捅了更大的簍子。

那一天，又出現(xiàn)了大量的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求發(fā)到了MySQL那邊，比上一次的規(guī)模大得多，MySQL大哥一會(huì)兒功夫就給干趴下了好幾次！

等了好半天這一波流量才算過(guò)去，MySQL才緩過(guò)神來(lái)。

“老弟，這一次又是什么原因？”，MySQL大哥累的沒(méi)了力氣。

“這一次比上一次更不巧，這一次是一大批數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)過(guò)了有效期，然后又發(fā)生了很多對(duì)這些數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，所以比起上一次這規(guī)模更大了”

MySQL大哥聽(tīng)了眉頭一皺，“那你倒是想個(gè)辦法啊，三天兩頭折磨我，這誰(shuí)頂?shù)米“?？?/p>

“其實(shí)我也很無(wú)奈，這個(gè)時(shí)間也不是我設(shè)置的，要不我去找應(yīng)用程序說(shuō)說(shuō)，讓他把緩存過(guò)期時(shí)間設(shè)置的均勻一些？至少別讓大量數(shù)據(jù)集體失效”

“走，咱倆一起去”

后來(lái)，我倆去找應(yīng)用程序商量了，不僅把鍵值的過(guò)期時(shí)間隨機(jī)了一下，還設(shè)置了熱點(diǎn)數(shù)據(jù)永不過(guò)期，這個(gè)問(wèn)題緩解了不少。哦對(duì)了，我們還把這兩次發(fā)生的問(wèn)題分別取了個(gè)名字：緩存擊穿和緩存雪崩。

我們終于又過(guò)上了舒適的日子···

六、我可以用來(lái)干什么

• 緩存

  這是我應(yīng)用最廣泛地方，基本所有的Web應(yīng)用都會(huì)使用我作為緩存，來(lái)降低數(shù)據(jù)源壓力，提高響應(yīng)速度。

  

• 計(jì)數(shù)器

  我天然支持計(jì)數(shù)功能，而且計(jì)數(shù)性能非常好，可以用來(lái)記錄瀏覽量、點(diǎn)贊量等等。

• 排行榜

  我提供了列表和有序集合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，合理地使用這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以很方便地構(gòu)建各種排行榜系統(tǒng)。

• 社交網(wǎng)絡(luò)

  贊/踩、粉絲、共同好友/喜好、推送、下拉刷新。

• 消息隊(duì)列

  我提供了發(fā)布訂閱功能和阻塞隊(duì)列的功能，可以滿(mǎn)足一般消息隊(duì)列功能。

• 分布式鎖

  分布式環(huán)境下，利用我實(shí)現(xiàn)分布式鎖，也是我常見(jiàn)的應(yīng)用。

作者： RDIF

出處： http://www.cnblogs.com/huyong/