Redis核心原理

Redis的一些核心原理。

Redis系统介绍:

Redis的基础介绍与安装使用步骤:https://www.jianshu.com/p/2a23257af57b Redis的基础数据结构与使用:https://www.jianshu.com/p/c95c8450c5b6 Redis核心原理:https://www.jianshu.com/p/4e6b7809e10a Redis 5 之后版本的高可用集群搭建:https://www.jianshu.com/p/8045b92fafb2 Redis 5 版本的高可用集群的水平扩展:https://www.jianshu.com/p/6355d0827aea Redis 5 集群选举原理分析:https://www.jianshu.com/p/e6894713a6d5 Redis 5 通信协议解析以及手写一个Jedis客户端:https://www.jianshu.com/p/575544f68615

优秀博客: https://blog.csdn.net/hopeztm/article/details/79547052?utm_source=blogxgwz0 https://www.cnblogs.com/qq78292959/archive/2013/09/21/3331032.html


一、Redis的单线程和高性能
Redis 单线程为什么还能这么快?

因为它所有的数据都在内存中,所有的运算都是内存级别的运算(纳秒),而且单线程避免了多线程的切换(上下文切换)性能损耗问题。正因为 Redis 是单线程,所以要小心使用 Redis 指令,对于那些耗时的指令(比如keys),一定要谨慎使用,一不小心就可能会导致 Redis 卡顿。

Redis 单线程如何处理那么多的并发客户端连接?

Redis的IO多路复用:redis利用epoll来实现IO多路复用,将连接信息和事件放到队列中,依次放到文件事件分派器,事件分派器将事件分发给事件处理器。 Nginx也是采用IO多路复用原理解决C10K问题。 c10k:https://www.jianshu.com/p/ba7fa25d3590

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持久化
RDB快照(snapshot)

在默认情况下, Redis 将内存数据库快照保存在名字为dump.rdb的二进制文件中。 你可以对 Redis 进行设置, 让它在N秒内数据集至少有M个改动这一条件被满足时, 自动保存一次数据集。 比如说, 以下设置会让 Redis 在满足60秒内有至少有1000个键被改动”这一条件时, 自动保存一次数据集:

save 60 1000

redis.conf文件里面有默认的3种情况,3种是或的关系

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AOF(append-only file)

快照功能并不是非常耐久(durable): 如果 Redis 因为某些原因而造成故障停机, 那么服务器将丢失最近写入、且仍未保存到快照中的那些数据。从 1.1 版本开始, Redis 增加了一种完全耐久的持久化方式: AOF 持久化,将修改的每一条指令记录进文件 你可以通过修改配置文件来打开 AOF 功能:

appendonly yes

开启后,每当 Redis 执行一个改变数据集的命令时(比如SET), 这个命令就会被追加到 AOF 文件的末尾。 这样的话, 当 Redis 重新启时, 程序就可以通过重新执行 AOF 文件中的命令来达到重建数据集的目的。 你可以配置 Redis 多久才将数据fsync到磁盘一次。

有三个选项:

每次有新命令追加到 AOF 文件时就执行一次fsync:非常慢,也非常安全。 每秒fsync一次:足够快(和使用 RDB 持久化差不多),并且在故障时只会丢失 1 秒钟的数据。 从不fsync:将数据交给操作系统来处理。更快,也更不安全的选择。

推荐(并且也是默认)的措施为每秒fsync一次, 这种fsync策略可以兼顾速度和安全性。
RDB 和 AOF ,我应该用哪一个?

如果你非常关心你的数据, 但仍然可以承受数分钟以内的数据丢失, 那么你可以只使用 RDB 持久化。

有很多用户都只使用 AOF 持久化, 但我们并不推荐这种方式: 因为定时生成 RDB 快照(snapshot)非常便于进行数据库备份, 并且 RDB 恢复数据集的速度也要比 AOF 恢复的速度要快。

Redis 4.0 混合持久化

重启 Redis 时,我们很少使用 rdb 来恢复内存状态,因为会丢失大量数据。我们通常使用 AOF 日志重放,但是重放 AOF 日志性能相对 rdb 来说要慢很多,这样在 Redis 实例很大的情况下,启动需要花费很长的时间。 Redis 4.0 为了解决这个问题,带来了一个新的持久化选项——混合持久化。

AOF在重写(aof文件里可能有太多没用指令,所以aof会定期根据内存的最新数据生成aof文件)时将重写这一刻之前的内存rdb快照文件的内容和增量的 AOF修改内存数据的命令日志文件存在一起,都写入新的aof文件,新的文件一开始不叫appendonly.aof,等到重写完新的AOF文件才会进行改名,原子的覆盖原有的AOF文件,完成新旧两个AOF文件的替换;

aof 根据配置规则在后台自动重写,也可以人为执行命令bgrewriteaof重写AOF。 于是在 Redis 重启的时候,可以先加载 rdb 的内容,然后再重放增量 AOF 日志就可以完全替代之前的 AOF 全量文件重放,重启效率因此大幅得到提升。

开启混合持久化:
aof-use-rdb-preamble yes
混合持久化aof文件结构

3.png

缓存淘汰策略(解决数据热点问题):

当 Redis 内存超出物理内存限制时,内存的数据会开始和磁盘产生频繁的交换 (swap)。交换会让 Redis 的性能急剧下降,对于访问量比较频繁的 Redis 来说,这样龟速的存取效率基本上等于不可用。

在生产环境中我们是不允许 Redis 出现交换行为的,为了限制最大使用内存,Redis 提供了配置参数 maxmemory 来限制内存超出期望大小。

当实际内存超出 maxmemory 时,Redis 提供了几种可选策略 (maxmemory-policy) 来让用户自己决定该如何腾出新的空间以继续提供读写服务。

noeviction:

不会继续服务写请求 (DEL 请求可以继续服务),读请求可以继续进行。这样可以保证不会丢失数据,但是会让线上的业务不能持续进行。这是默认的淘汰策略。

volatile-lru: 尝试淘汰设置了过期时间的 key,最少使用的 key 优先被淘汰。没有设置过期时间的 key 不会被淘汰,这样可以保证需要持久化的数据不会突然丢失。

volatile-ttl: 跟上面一样,除了淘汰的策略不是 LRU,而是 key 的剩余寿命 ttl 的值,ttl 越小越优先被淘汰。

volatile-random: 跟上面一样,不过淘汰的 key 是过期 key 集合中随机的 key。

allkeys-lru: 区别于 volatile-lru,这个策略要淘汰的 key 对象是全体的 key 集合,而不只是过期的 key 集合。这意味着没有设置过期时间的 key 也会被淘汰。 allkeys-random跟上面一样,不过淘汰的策略是随机的 key。

volatile-xxx : 策略只会针对带过期时间的 key 进行淘汰,allkeys-xxx 策略会对所有的 key 进行淘汰。如果你只是拿 Redis 做缓存,那应该使用 allkeys-xxx,客户端写缓存时不必携带过期时间。如果你还想同时使用 Redis 的持久化功能,那就使用 volatile-xxx 策略,这样可以保留没有设置过期时间的 key,它们是永久的 key 不会被 LRU 算法淘汰。


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