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  • 读书笔记之《Redis开发与运维》—— 三

    由于内容过多,分一个系列来写,这是第三篇。

    五、持久化

        持久化功能有效的避免因进程退出造成的数据丢失问题,当下次重启时利用之前持久化的文件即可实现数据恢复。

    1、RDB

    RDB持久化是把当前进程数据生成快照保存在硬盘的过程,触发RDB持久化过程分为手动触发和自动触发。手动触发的命令有:save和bgsave命令。
    save命令会阻塞当前Redis服务器,直到RDB过程完成为止,对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞,线上不要用。bgsave命令,Redis进程执
    行fork操作创建子进程,RDB持久化过程由子进程负责,完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段,时间很短。

    RDB的优点:
    RDB是一个紧凑压缩的二进制文件,代表Redis在某个时间点上的数据快照。适合于备份、全量复制的场景;
    Redis加载RDB恢复数据远快于AOF的方式。

    RDB的缺点:
    RDB方式数据没法做到实时持久化、秒级持久化,因为bgsave每次运行都要执行fork操作创建子进程,属于重量级操作,频繁执行成本过高;
    RDB文件使用特定二进制格式保存,Redis版本演进过程中有多个格式的RDB版本,存在老版本Redis无法兼容新版本RDB格式的问题。

    2、AOF

    AOF持久化以独立日志的方式记录每次写命令,重启时再重新执行AOF文件中的命令达到恢复数据的目的,AOF的主要目的是解决了数据持久化的实时性。

    AOF的工作流程操作:命令写入、文件同步、文件重写、重启加载。所有的写入命令会追加到aof_buf缓冲区中,缓存区根据对应的策略向硬盘做同步操作(同步策略建议使用everysec),随着AOF文件越来越大,需要定期对AOF文件进行重写,达到压缩的目的,当Redis服务器重启时,可以加载AOF文件进行数据恢复。

    六、复制

    本章大部分是运维层面的知识。简要整理下重点内容:
    Redis通过复制功能实现主节点的多个副本,从节点可以灵活的通过slaveof命令建立或断开复制流程;
    复制支持树状结构,从节点可以复制另一个从节点,实现一层层向下的复制流,复制分为全量复制和部分复制;
    主从节点之间维护心跳和偏移量检查机制,保证主从节点通信正常和数据一致;
    Redis为了保证高性能复制过程是异步的,写命令处理完后直接返回给客户端,不等待从节点复制完成,因此从节点数据集会有延迟。

    七、阻塞

    本章主要也是运维层面的知识。

    Redis是典型的单线程架构,所有的读写操作都是在一条主线程中完成的,当Redis用于高并发场景时,这条主线程就变成了它的生命线。导致阻塞问题的场景大致分为内在原因和外在原因:
    内在原因:不合理的使用API或数据结构、CPU饱和、持久化阻塞等;
    外在原因:CPU竞争、内存交换、网络问题等。

    八、理解内存

    1、内存消耗

    info memory 获取内存相关指标

    redis进程内消耗主要包括:自身内存+对象内存+缓冲内存+内存碎片 对象内存是Redis内存占用最大的一块。

    2、内存管理

    maxmemory 参数限制最大可用内存。

    Redis采用惰性删除和定时任务删除过期建的内存回收策略:

    • 惰性删除:访问时才判断是否过期,存在内存泄漏问题,当键过期一值未回收,导致内存不能及时释放
    • 定时任务删除:内部维护了一个定时任务,默认每秒运行十次,根据键的过期比例(25%),使用快、慢模式回收键(快慢模式内部删除逻辑相同,只是执行
      超时时间不同)

    当Redis所用内存达到maxmemory时,会触发内存溢出控制策略:

    • noeviction 默认的,不删除,拒绝写入,报错
    • volatile-lru LRU算法删除设置了超时属性的键
    • allkeys-lru LRU算法删除键
    • allkeys-random 随机删除所有键
    • volatile-random 随机删除过期键
    • volatile-ttl 根据键值对象的ttl(time to live)属性,删除最近将要过期数据

    3、内存优化

    • 缩减键值对象
    • 共享对象池(与maxmemory+LRU冲突,注意)
    • 字符串优化
    • 编码优化
    • 控制键的数量

    九、哨兵

    当主从模式出现故障时,Redis哨兵能自动完成故障发现和故障转移。哨兵本身是独立的Redis节点,不储存数据,只支持部分命令。

    十、集群

    redis cluster 是Redis的分布式解决方案,数据分区是分布式存储的核心。Redis集群的数据分区采用虚拟槽方式,所有的键映射到16384个槽中。
    集群内部节点通信采用Gossip协议。

    十一、缓存设计

    • 缓存的使用带来的收益是能够加速读写,降低后端存储负载,带来的成本是缓存和存储数据不一致性,代码维护成本加大。

    • 缓存更新策略根据具体场景,低一致性业务建议配置最大内存和淘汰策略的方式,高一致性业务可以结合使用超时剔除和主动更新,这样可以保证即使主动更新
      出现了问题,也能保证数据过期时间后删除脏数据。

    • 缓存粒度分为全部数据和部分数据,全部数据通用性高,但是占用空间大,部分数据通用性低,占空间小,但是业务更改的话(比如多缓存个字段),那么处理
      起来复杂。

    • 缓存穿透是指查询一个根本不存在的数据,缓存层和存储层都不会命中,缓存穿透将导致不存在的数据每次请求都到达了存储层,失去了缓存层保护后端存储
      的意义,可能使后端存储负载加大。解决方式:(1)当存储层不命中,将空对象保留缓存层,设置一个过期时间;(2)布隆过滤器拦截。

    • 无底洞优化问题,解决方案:串行命令、串行IO、并行IO、hash_tag。根据不同业务要求采用不同方案。

    • 缓存雪崩优化:如果缓存层由于某些原因不能提供服务,那么所有的请求都将到达存储层,造成存储层调用量暴增。解决方案有:把缓存层设计成高可用的;
      依赖隔离组件(比如Hystrix)限流降级。

    • 热点key重建优化:热点key并大量很大,缓存失效的瞬间,会有大量线程来重建缓存,造成后端负载加大。解决方案:(1)互斥锁,只允许一个线程重建,其他
      线程等待重建缓存的线程执行完,重新从缓存获取数据,特别注意,要考虑重建速度和影响;(2)永远不过期,key不设置过期时间,value设置逻辑过期时间。

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