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    2019-01-17 10:48:58
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  • Redis 详解

    2020-03-11 10:36:19
    一.redis介绍 redis是什么 1.redis是一个开源的,遵守BSD协议,是一个高性能的key-value数据库,内存存储的数据结构服务器,可用作数据库,高速缓存和消息队列的代理。支持字符串,哈希表,列表,集合,有序集合,...

    一.redis介绍

    redis是什么

    1.redis是一个开源的,遵守BSD协议,是一个高性能的key-value数据库,内存存储的数据结构服务器,可用作数据库,高速缓存和消息队列的代理。支持字符串,哈希表,列表,集合,有序集合,位图,hyperloglogs等数据类型。内置复制,lua脚本,LRU收回,事务以及不同级别磁盘持续化功能,同时通过redis sentinel提供了高可用,通过redis cluster提供了自动分区。Redis支持数据的持久化,可以将内存中的数据保持在磁盘中,重启的时候可以再次加载进行使用,Redis支持数据的备份,即master-slave模式的数据备份。中文官网(http://www.redis.net.cn)。

    为什么使用redis

    项目中使用Redis的,主要是从两个角度去考虑:性能和并发。当然,Redis的的的还具备可以做分布式锁等其他功能,但是如果只是为了分布式锁这些其他功能,完全还有其他中间件代替,并不是非要使用Redis的的的。因此,这个问题主要从性能和并发两个角度去答。
    1.性能
    如下图所示,我们在碰到需要执行耗时特别久,且结果不频繁变动的SQL,就特别适合将运行结果放入缓存。这样,后面的请求就去缓存中读取,使得请求能够迅速响应。

    2.并发:

    在大并发的情况下,所有的请求直接访问数据库,数据库会出现连接异常。这个时候,就需要使用的的Redis的做一个缓冲操作,让请求先访问到的Redis的的,而不是直接访问数据库。

    在这里插入图片描述

    redis的优势:

    1,运行在内存,速度快官方号称支持并发11瓦特读操作,并发8瓦特写操作,可以说是相当彪悍了。

    2,数据虽在内存,但是提供了持久化的支持,即可以将内存中的数据异步写入到硬盘中,同时不影响继续提供服务

    3,支持数据结构丰富(string(字符串),list(链表),set(集合),zset(sorted set - 有序集合))和Hash(哈希类型,md5加密出来的那个串)

    二. Redis读写使用单线程+多路I/O复用模型

    原因:

    • redis是基于内存的,内存的读写速度非常快(纯内存)。
    • redis是单线程的,解决了数据存储的顽疾 数据并发安全,还省去了很多上下文切换线程的时间(避免线程切换和竞态消耗)。
    • redis使用多路复用技术,可以处理并发的连接(非阻塞IO)。

    在mysql等数据库技术中需要进行磁盘I/O,等待I/O时间很长,应该把CPU让给其他线程进行存取,所以用多线程存取效率更高。而redis不需要磁盘I/O,性能瓶颈不在CPU而在内存大小和网络带宽上,因此用单线程+多路复用技术足够了。
    1、并发安全
    多个并发体在同一段时间内访问同一个共享数据,共享数据能被正确处理。

    并发不安全的后果:

    举个例子:卖票超售,设想有一家电影院,有两个售票窗口,售票员售票时候先看一下当前剩余票数是否大于0,如果大于0则售出票。此时票数剩下一张票,两个售票窗口同时来了顾客,两个售票人都看了一下剩余票数还有一张,不约而同地收下顾客的钱,余票还剩一张,但是却售出了两张票,就会出现致命的问题。

    如何做到并发安全

    最主流的办法就是加锁,其实售票的整个操作同时间内只能一个人进行,在我看来归根到底加锁其实就是让查询和售票两个步骤原子化,只能一块执行,不能被其他程序中断,让这步操作变成串行化。

    2、锁

    锁:就是每次进入这段变量共享的程序片段,都要先获取一下锁,如果获取成功则可以继续执行,如果获取失败则阻塞,直到其他并发体把锁给释放,程序得到执行调度才可以执行下去。锁本质:就是让并发体创建一个程序临界区,临界区一次只能进去一个并发体。

    读锁与写锁

    读锁也叫共享锁,写锁也叫排它锁,锁的概念被发明了之后,人们就想着如果我很多个并发体大部分时间都是读,如果变量读取的时候也要建立临界区,那就大题小做了。于是人们发明了读锁,一个临界区如果加上了读锁,其他并发体执行到相同的临界区都可以加上读锁,执行下去,但不能加上写锁。这样就保证了可以多个并发体并发读取而又不会互相干扰。

    3、切换上下文

    线程每次执行需要把数据从主内存读到工作内存,然而当线程被调度到阻塞的时候,这些工作内存的数据需要被快照到线程上下文中,其实就是一个记录各个线程状态的存储结构,等到线程被唤醒的时候,再从上下文中读取,称之为上下文切换;减少上下文切换操作,也是使用单线程的奥妙

    4、多路 I/O 复用

    当一个请求来访问redis后,redis去组织数据要返回给请求,这个时间段,redis的请求入口不是阻塞的,其他请求可以继续向redis发送请求,等到redis io流完成后,再向调用者返回数据,这样一来,单线程也不怕会影响速度了

    多路:指的是多个网络连接
    复用:指的是复用同一个线程
    

    三.redis的持久化的两种方式(AFO和RDB):

    (1)AFO和RDB的介绍

    AFO: 以日志的形式记录每个写操作,将 redis 执行过的所有写指令记录下来(读操作不记录)。只许追加文件但不可以改写文件,redis 启动之初会读取该文件重新构建数据,redis重启的话就根据日志文件的内容将写指令从前到后执行一次一完成数据恢复工作。使用 AOF 持久化会让 Redis 变得非常耐久:你可以设置不同的 fsync 策略,比如无 fsync ,每秒钟一次 fsync ,或者每次执行写入命令时 fsync 。 AOF 的默认策略为每秒钟 fsync 一次,在这种配置下,Redis 仍然可以保持良好的性能,并且就算发生故障停机,也最多只会丢失一秒钟的数据。

    RDB: 在指定的时间间隔内将内存中的数据集快照写入磁盘,它恢复时就是将快照文件直接读到内存里。
    Redis 会单独的创建(fork) 一个子进程来进行持久化,会先将数据写入到一个临时文件中,待持久化过程结束了,再用这个临时文件替换上次持久化的文件。整个过程主进程是不进行任何 IO 操作,这就确保了极高的性能,如果需要进行大规模的数据恢复,且对于数据恢复的完整性不是非常敏感,那 RDB 方法要比 AOF 方式更加的高效。RDB 的缺点是最后一次持久化后的数据可能丢失。(因为是隔一段时间才把数据集写入磁盘,当突然redis被crash,本次的数据丢失)

    (2)AFO的优缺点及RDB的优缺点

    RDB的优点

    RDB是一个非常紧凑的文件,它保存了某个时间点得数据集,非常适用于数据集的备份,比如你可以在每个小时报保存一下过去24小时内的数据,同时每天保存过去30天的数据,这样即使出了问题你也可以根据需求恢复到不同版本的数据集.

    RDB是一个紧凑的单一文件,很方便传送到另一个远端数据中心或者亚马逊的S3(可能加密),非常适用于灾难恢复.

    RDB在保存RDB文件时父进程唯一需要做的就是fork出一个子进程,接下来的工作全部由子进程来做,父进程不需要再做其他IO操作,所以RDB持久化方式可以最大化redis的性能.

    与AOF相比,在恢复大的数据集的时候,RDB方式会更快一些.

    RDB的缺点

    如果你希望在redis意外停止工作(例如电源中断)的情况下丢失的数据最少的话,那么RDB不适合你.虽然你可以配置不同的save时间点 (例如每隔5分钟并且对数据集有100个写的操作),是Redis要完整的保存整个数据集是一个比较繁重的工作,你通常会每隔5分钟或者更久做一次完整的 保存,万一在Redis意外宕机,你可能会丢失几分钟的数据.
    RDB 需要经常fork子进程来保存数据集到硬盘上,当数据集比较大的时候,fork的过程是非常耗时的,可能会导致Redis在一些毫秒级内不能响应客户端的 请求.如果数据集巨大并且CPU性能不是很好的情况下,这种情况会持续1秒,AOF也需要fork,但是你可以调节重写日志文件的频率来提高数据集的耐久 度.

    AOF 优点

    使用AOF 会让你的Redis更加耐久: 你可以使用不同的fsync策略:无fsync,每秒fsync,每次写的时候fsync.使用默认的每秒fsync策略,Redis的性能依然很好 (fsync是由后台线程进行处理的,主线程会尽力处理客户端请求),一旦出现故障,你最多丢失1秒的数据.

    AOF文件是一个只进行追加的日志文件,所以不需要写入seek,即使由于某些原因(磁盘空间已满,写的过程中宕机等等)未执行完整的写入命令,你也也可使用redis-check-aof工具修复这些问题.

    Redis 可以在 AOF 文件体积变得过大时,自动地在后台对 AOF 进行重写: 重写后的新 AOF 文件包含了恢复当前数据集所需的最小命令集合。 整个重写操作是绝对安全的,因为 Redis 在创建新 AOF 文件的过程中,会继续将命令追加到现有的 AOF 文件里面,即使重写过程中发生停机,现有的 AOF 文件也不会丢失。 而一旦新 AOF 文件创建完毕,Redis 就会从旧 AOF 文件切换到新 AOF 文件,并开始对新 AOF 文件进行追加操作。

    AOF 文件有序地保存了对数据库执行的所有写入操作, 这些写入操作以 Redis 协议的格式保存, 因此 AOF 文件的内容非常容易被人读懂, 对文件进行分析(parse)也很轻松。 导出(export) AOF 文件也非常简单: 举个例子, 如果你不小心执行了 FLUSHALL 命令, 但只要 AOF 文件未被重写, 那么只要停止服务器, 移除 AOF 文件末尾的 FLUSHALL 命令, 并重启 Redis , 就可以将数据集恢复到 FLUSHALL 执行之前的状态。

    AOF 缺点

    对于相同的数据集来说,AOF 文件的体积通常要大于 RDB 文件的体积。

    根据所使用的 fsync 策略,AOF 的速度可能会慢于 RDB 。 在一般情况下, 每秒 fsync 的性能依然非常高, 而关闭 fsync 可以让 AOF 的速度和 RDB 一样快, 即使在高负荷之下也是如此。 不过在处理巨大的写入载入时,RDB 可以提供更有保证的最大延迟时间(latency)。

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