Redis 强化

(Redis入门使用查看)

https://blog.csdn.net/weixin_73849581/article/details/128390152?spm=1001.2014.3001.5501

缓存使用原则

什么时候,什么样的数据能够保存在Redis中?

1.数据量不能太大

2.使用越频繁,Redis保存这个数据越值得

3.保存在Redis中的数据一般不会是数据库中频繁修改的

缓存淘汰策略

Redis将数据保存在内存中, 内存的容量是有限的

如果Redis服务器的内存已经全满,现在还需要向Redis中保存新的数据,如何操作,就是缓存淘汰策略

• noeviction：返回错误**(默认)**

如果我们不想让它发生错误,就可以设置它将满足某些条件的信息删除后,再将新的信息保存

• allkeys-random：所有数据中随机删除数据

• volatile-random：有过期时间的数据中随机删除数据

• volatile-ttl：删除剩余有效时间最少的数据

• allkeys-lru：所有数据中删除上次使用时间距离现在最久的数据

• volatile-lru：有过期时间的数据中删除上次使用时间距离现在最久的数据

• allkeys-lfu：所有数据中删除使用频率最少的

• volatile-lfu：有过期时间的数据中删除使用频率最少的

Time To Live (ttl)

Least Recently Used (lru)

Least Frequently Used (lfu)

缓存穿透

所谓缓存穿透,就是一个业务请求先查询redis,redis没有这个数据,那么就去查询数据库,但是数据库也没有的情况

正常业务下,一个请求查询到数据后,我们可以将这个数据保存在Redis

之后的请求都可以直接从Redis查询,就不需要再连接数据库了

但是一旦发生上面的穿透现象,仍然需要连接数据库,一旦连接数据库,项目的整体效率就会被影响

如果有恶意的请求,高并发的访问数据库中不存在的数据,严重的,当前服务器可能出现宕机的情况

解决方案:业界主流解决方案:布隆过滤器

布隆过滤器的使用步骤

1.针对现有所有数据,生成布隆过滤器,保存在Redis中

2.在业务逻辑层,判断Redis之前先检查这个id是否在布隆过滤器中

3.如果布隆过滤器判断这个id不存在,直接返回

4.如果布隆过滤器判断id存在,在进行后面业务执行

缓存击穿

一个计划在Redis保存的数据,业务查询,查询到的数据Redis中没有,但是数据库中有

这种情况要从数据库中查询后再保存到Redis,这就是缓存击穿

但是这个情况也不是异常情况,因为我们大多数数据都需要设置过期时间,而过期时间到时,这个数据就会从Redis中移除,再有请求查询这个数据,就一定会从数据库中再次同步

缓存击穿本身并不是灾难性的问题,也不是不允许发生的现象

缓存雪崩

上面讲到击穿现象

同一时间发生少量击穿是正常的

但是如果出现同一时间大量击穿现象就会如下图

所谓缓存雪崩,指的就是Redis中保存的数据,短时间内有大量数据同时到期的情况

如上图所示,本应该由Redis反馈的信息,由于雪崩都去访问了Mysql,mysql承担不了,非常可能导致异常

要想避免这种情况,就需要避免大量缓存同时失效

大量缓存同时失效的原因:通常是同时加载的数据设置了相同的有效期导致的

我们可以通过在设置有效期时添加一个随机数,这样就能够防止大量数据同时失效了

Redis持久化

Redis将信息保存在内存

内存的特征就是一旦断电,所有信息都丢失,对于Redis来讲,所有数据丢失后,再重新加载数据,就需要从数据库重新查询所有数据,这个操作不但耗费时间,而且对数据库的压力也非常大

而且有些业务是先将数据保存在Redis,隔一段时间和数据库同步的

如果Redis断电,这段时间的数据就完全丢失了!

为了防止Redis的重启对数据库带来额外的压力和数据的丢失,Redis支持了持久化的功能

所谓持久化就是将Redis中保存的数据,以指定方式保存在Redis当前服务器的硬盘上

如果存在硬盘上,那么断电数据也不会丢失,再启动Redis时,利用硬盘中的信息来恢复数据

Redis实现持久化有两种策略

RDB:(Redis Database Backup)

RDB本质上就是数据库快照(就是当前Redis中所有数据转换成二进制的对象,保存在硬盘上)

默认情况下,每次备份会生成一个dump.rdb的文件

当Redis断电或宕机后,重新启动时,会从这个文件中恢复数据,获得dump.rdb中所有内容

实现这个效果我们可以在Redis的配置文件中添加如下信息

save 60 5

上面配置中60表示秒

5表示Redis的key被更新的次数

配置效果:1分钟内如果有5个及以上的key被更新,就启动rdb数据库快照程序

优点:

• 因为是整体Redis数据的二进制格式,数据恢复是整体恢复的

缺点:

• 生成的rdb文件是一个硬盘上的文件,读写效率是较低的

• 如果突然断电,只能恢复到最后一次生成的rdb中的数据

AOF:(Append Only File)

AOF策略是将Redis运行过的所有命令(日志)备份下来,保存在硬盘上

这样即使Redis断电,我们也可以根据运行过的日志,恢复为断电前的样子

我们可以在Redis的配置文件中添加如下配置信息

appendonly yes

经过这个设置,就能保存运行过的指令的日志了

理论上任何运行过的指令都可以恢复

但是实际情况下,Redis非常繁忙时,我们会将日志命令缓存之后,整体发送给备份,减少io次数以提高备份的性能 和对Redis性能的影响

实际开发中,配置一般会采用每秒将日志文件发送一次的策略,断电最多丢失1秒数据

优点:

相对RDB来讲,信息丢失的较少

缺点:

因为保存的是运行的日志,所以占用空间较大

实际开发中RDB和AOF是可以同时开启的,也可以选择性开启

Redis的AOF为减少日志文件的大小,支持AOF rewrite
简单来说就是将日志中无效的语句删除,能够减少占用的空间

Redis存储原理

我们在编写java代码业务时,如果需要从多个元素的集合中寻找某个元素取出,或检查某个Key在不在的时候,推荐我们使用HashMap或HashSet,因为这种数据结构的查询效率最高,因为它内部使用了

"散列表"

槽位越多代表元素多的时候,查询性能越高,HashMap默认16个槽

Redis底层保存数据用的也是这样的散列表的结构

Redis将内存划分为16384个区域(类似hash槽)

将数据的key使用CRC16算法计算出一个值,取余16384

得到的结果是0~16383

这样Redis就能非常高效的查找元素了

Redis集群

Redis最小状态是一台服务器

这个服务器的运行状态,直接决定Redis是否可用

如果它离线了,整个项目就会无Redis可用

系统会面临崩溃

为了防止这种情况的发生,我们可以准备一台备用机

主从复制

也就是主机(master)工作时,安排一台备用机(slave)实时同步数据,万一主机宕机,我们可以切换到备机运行

缺点,这样的方案,slave节点没有任何实质作用,只要master不宕机它就和没有一样,没有体现价值

读写分离

这样slave在master正常工作时也能分担Master的工作了

但是如果master宕机,实际上主备机的切换,实际上还是需要人工介入的,这还是需要时间的

那么如果想实现发生故障时自动切换,一定是有配置好的固定策略的

哨兵模式:故障自动切换

哨兵节点每隔固定时间向所有节点发送请求

如果正常响应认为该节点正常

如果没有响应,认为该节点出现问题,哨兵能自动切换主备机

如果主机master下线,自动切换到备机运行

但是如果哨兵判断节点状态时发生了误判,那么就会错误将master下线,降低整体运行性能

所以要减少哨兵误判的可能性

哨兵集群

我们可以将哨兵节点做成集群,由多个哨兵投票决定是否下线某一个节点

哨兵集群中,每个节点都会定时向master和slave发送ping请求

如果ping请求有2个(集群的半数节点)以上的哨兵节点没有收到正常响应,会认为该节点下线

当业务不断扩展,并发不断增高时

分片集群

只有一个节点支持写操作无法满足整体性能要求时,系统性能就会到达瓶颈

这时我们就要部署多个支持写操作的节点,进行分片,来提高程序整体性能

分片就是每个节点负责不同的区域

Redis0~16383号槽,

例如

MasterA负责0~5000

MasterB负责5001~10000

MasterC负责10001~16383

一个key根据CRC16算法只能得到固定的结果,一定在指定的服务器上找到数据

有了这个集群结构,我们就能更加稳定和更加高效的处理业务请求了

为了节省哨兵服务器的成本,有些公司在Redis集群中直接添加哨兵功能,既master/slave节点完成数据读写任务的同时也都互相检测它们的健康状态