正经的聊聊分布式架构中的 redis

原创

用户1577699

修改于 2020-04-30 10:01:15

4010

修改于 2020-04-30 10:01:15

文章被收录于专栏：分布式架构设计分布式架构设计

开篇思考

Redis 为什么在系统中使用？解决了哪些问题？
Redis 如何保证和数据库同步？
Redis 缓存操作是在操作数据库前还是操作数据库后？

话还得从上次报税说起，耳边还回绕这残留的芬芳：“SX系统，这也不能点，那也不能用！”，

身为程序员的我听到总是百感交集,程序员背锅是免不了了。。。

上线至今都能用的系统，突然就不行了，为什么？问题就在稳定性和系统架构上，发现问题就要吸取经验和血的教训。

我也特别喜欢吐槽，我觉得正确的吐槽姿势有助于系统的良性发展，就像父母的爱强烈扎刺着程序员面临崩溃的心灵,流出的爱的液体浇灌给系统茁壮成长。

系统稳定，快速，美如画谁都想追求，可是往往美好的东西后面代价也不小。

追求可靠，我们需要+集群部署，容错容灾，那么就需要更多的机器设施及其他附属服务。

追求快速，我们需要解决地域限制，全球部署战斗机，DNS 快速定位访问，软件层面缓存技术。

那么接下来我们就来扒一扒分布式系统架构中 Redis 的使用，进入正题，不扯蛋了。

让我们看看 Redis 给分布式系统带来哪些好处和问题的解决方案，看看这些代价是否值得。

Redis 简介

内存存储，速度极快
key-value 存储结构
支持 string，list，set，zset，hash 类型，其实还有一些不常用的
基于 epoll 多路复用，串行执行效率高
可以持久化数据，遇到宕机可以快速恢复
redis 支持主从模式、哨兵模式
使用场景丰富：热点数据缓存、临时会话存储、消息发布订阅、网页计数

上面的介绍中，我基本扒出了 redis 的主要特点，外衣都给你扒了，这么赤裸的诱惑你们都不要吗？觉得还是不够吸引吗?

那我们就继续来扒拉扒拉。。。

内存

Redis 都是通过计算机内存来存取的，不用多解释。它为什么快？ JMM java 中的内存模型大家了解吧，java 中每个线程会有自己的内存，要想达成可见性，需要同步主内存，这一操作听起来

很简单，但其实里面数据被拷贝了多次。这里简单介绍下传统的磁盘到网络的数据拷贝流程：

磁盘到 read buffer，快
read buffer 到 user buffer ，此处很慢，上下文有切换
user buffer 到 socket buffer ，快
socket buffer 写入到网卡 buffer 发送，快

好家伙，不扒不知道，原来底层数据是这么传输的。Redis 为什么快呢，因为它官方只支持 linux 系统，而 Linux

本身还支持零拷贝技术，并且这里都是纯内存操作，所有的数据操作都非常快。那么究竟有多快呢，

一秒真男人：读 10 w/s；写 8w/s；当然数据只能是小数据流量的。

零拷贝技术被广泛应用在 Java NIO，netty，kafka 等。

redis 实现系统的接口幂等控制

每个工程师都应该知道接口幂等的重要性，在分布式系统中，接口幂等的设计原则贯彻始终。所谓接口幂等就是无论我在某个业务执行过程中调用多少次接口，得到的结果都应该和调用一次接口得到的结果一样。因此我们知道查询、删除这些是天然幂等的，没有必要再做幂等性控制。那么一般哪些接口需要实现幂等控制呢？redis 是起了什么作用？

* 新增接口

* 更新接口

* 任何内部包含新增、修改操作接口

redis 的串行机制，可以帮助我们轻松实现接口幂等性控制。我们在访问接口的时候，通过设置唯一性的 key token 来判断，

如果 redis 当前存有该 key 和 token，那么就不执行业务逻辑，如果不存在则继续执行业务逻辑。

以上是一个简单的系统访问流程图，先执行的接口因为没有对应的 token 值，所以会继续执行业务,而另一个接口因为其他的接口没有执行结束，没有删除对应的 key value，所以不会执行资源操作。

实际的开发中，我们可能不会在每个接口中都通过这么一个逻辑来判断，而是通过拦截器、自定义注解来实现统一的判断逻辑.

**当然 redis 不是唯一的方式来确保接口幂等，接口幂等的设计还可以通过数据库去重表、表中的状态机等机制来实现。**

redis 实现分布式锁

在分布式集群系统中，我们不能也不会让所有的请求都在同一个服务上，那么高并发请求下，

如何给接口上锁来保证接口的串行执行？ redis string 类型有个方法可以在接口中使用， setnx ： set if not exit。通过此函数来设置分布式锁。

在接口中通过 setnx 给当前接口设置一个全局唯一的值，可以是商品Id + 接口信息；

当并发访问该接口的时候，会再次调用 setnx 来判断是否存在值：

* 第一次设值，成功，返回 1 ；

* 有值，设置失败，返回 0；

下面的例子是基于 lettuce 连接的 RedisTemplete 设置锁代码，其中 tryLock 是伪代码，具体使用根据实际情况。

/\*\*

     \* 尝试获取锁 ，并返回结果

     \* @param key

     \* @param value

     \* @param expireTime （此处为秒）

     \* @return boolean

     \* @author holy

     \* @date 2020年4月08日

     \*

     \*/

    public boolean tryAcquire(String key, String value, long expireTime){

        return redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,value, Duration.ofSeconds(expireTime));

    }



    /\*\*

     \* 设置分布式锁

     \* @param key

     \* @param value

     \* @param expireTime （此处为秒）

     \* @return boolean

     \* @author holy

     \* @date 2020年4月08日

     \*

     \*/

    public boolean tryLock(String key, String value, long expireTime){

        boolean tryAcquire = tryAcquire(key, value, expireTime);

        // 伪代码，根据实际情况谨慎使用

        // 根据实际情况使用，如果不需要自旋，不理解自旋锁，或者不够了解 AQS 的不建议使用

        // 此处主要是自旋固定 10 次

        int i = 10;

        if (!tryAcquire){

           for (;;){

               i--;

               if (tryAcquire){

                   return Boolean.TRUE;

               }

               if (i < 1){

                   return Boolean.FALSE;

               }

           }

        }

        return Boolean.TRUE;

    }

redis 管理分布式共享 session

在分布式系统中，因为我们的服务是集群部署，服务可能不是在同一台机器上面。这时候就会发现 session 引发的问题： * 如果请求是链路结构，请求可能会分发到不同的机器不同的服务上，多个服务无法共享 session

* 一旦服务不可用，即使恢复服务，也无法恢复 session

* session 管理困难

因此引入 session 共享被广泛的应用，redis 就是非常好的一种选择，而且据说和 spring session 完美结合。

这个非常简单，以前使用 springboot 1.5 的时候是通过引入依赖，添加配置进行的，这里简单贴下代码，

springboot 2.X 的应该差不多，支持应该只会更好、更简单的配置。

        <!-- spring session redis -->

        <dependency>

            <groupId>org.springframework.session</groupId>

            <artifactId>spring-session-data-redis</artifactId>

        </dependency>

#  ============ srping session ============  

spring.session.store-type=redis  

spring.session.redis.flush-mode=on\_save  

spring.session.redis.namespace=madmin

@EnableRedisHttpSession(maxInactiveIntervalInSeconds = 10800)  

@SpringBootApplication  

public class Application {  

    public static void main(String[] args) {  

 SpringApplication.run(Application.class, args); }  }