Redis 是完全開源免費(fèi)的，遵守BSD協(xié)議，是一個(gè)高性能的key-value數(shù)據(jù)庫。Redis本質(zhì)上是一個(gè)Key-Value類型的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，很像memcached，整個(gè)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)統(tǒng)加載在內(nèi)存當(dāng)中進(jìn)行操作，定期通過異步操作把數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)flush到硬盤上進(jìn)行保存。

因?yàn)槭羌儍?nèi)存操作，Redis的性能非常出色，每秒可以處理超過 10萬次讀寫操作，是已知性能最快的Key-Value DB。

Redis的出色之處不僅僅是性能，Redis最大的魅力是支持保存多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，此外單個(gè)value的最大限制是1GB，不像 memcached只能保存1MB的數(shù)據(jù)，因此Redis可以用來實(shí)現(xiàn)很多有用的功能，比方說用List來做FIFO雙向鏈表，實(shí)現(xiàn)一個(gè)輕量級(jí)的高性 能消息隊(duì)列服務(wù)，用他的Set可以做高性能的tag系統(tǒng)等等。另外Redis也可以對(duì)存入的Key-Value設(shè)置expire時(shí)間，因此也可以被當(dāng)作一 個(gè)功能加強(qiáng)版的memcached來用。

Redis的主要缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)庫容量受到物理內(nèi)存的限制，不能用作海量數(shù)據(jù)的高性能讀寫，因此Redis適合的場景主要局限在較小數(shù)據(jù)量的高性能操作和運(yùn)算上。

總結(jié)來說，使用Redis的好處如下：

• 速度快，因?yàn)閿?shù)據(jù)存在內(nèi)存中，類似于HashMap，HashMap的優(yōu)勢就是查找和操作的時(shí)間復(fù)雜度都是O（1）
• 支持豐富數(shù)據(jù)類型，支持string，list，set，sorted set，hash
• 支持事務(wù)，操作都是原子性，所謂的原子性就是對(duì)數(shù)據(jù)的更改要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行
• 豐富的特性：可用于緩存，消息，按key設(shè)置過期時(shí)間，過期后將會(huì)自動(dòng)刪除

Redis持久化的方式

redis提供了兩種持久化的方式，分別是RDB（Redis DataBase）和AOF（Append Only File）。

1.RDB

簡而言之，就是在不同的時(shí)間點(diǎn)，將redis存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)生成快照并存儲(chǔ)到磁盤等介質(zhì)上；

2.AOF

換了一個(gè)角度來實(shí)現(xiàn)持久化，那就是將redis執(zhí)行過的所有寫指令記錄下來，在下次redis重新啟動(dòng)時(shí)，只要把這些寫指令從前到后再重復(fù)執(zhí)行一遍，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)了。

其實(shí)RDB和AOF兩種方式也可以同時(shí)使用，在這種情況下，如果redis重啟的話，則會(huì)優(yōu)先采用AOF方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，這是因?yàn)锳OF方式的數(shù)據(jù)恢復(fù)完整度更高。如果你沒有數(shù)據(jù)持久化的需求，也完全可以關(guān)閉RDB和AOF方式，這樣的話，redis將變成一個(gè)純內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，+持久化–就像memcache一樣。

Redis常見性能問題和解決方案

Master最好不要做任何持久化工作，如RDB內(nèi)存快照和AOF日志文件

如果數(shù)據(jù)比較重要，某個(gè)Slave開啟AOF備份數(shù)據(jù)，策略設(shè)置為每秒同步一次

為了主從復(fù)制的速度和連接的穩(wěn)定性，Master和Slave最好在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)

盡量避免在壓力很大的主庫上增加從庫

主從復(fù)制不要用圖狀結(jié)構(gòu)，用單向鏈表結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，即：Master <- Slave1 <- Slave2 <- Slave3…。這樣的結(jié)構(gòu)方便解決單點(diǎn)故障問題，實(shí)現(xiàn)Slave對(duì)Master的替換。如果Master掛了，可以立刻啟用Slave1做Master，其他不變。

Redis的適用場景

1.會(huì)話緩存（Session Cache）

最常用的一種使用Redis的情景是會(huì)話緩存（session cache）。用Redis緩存會(huì)話比其他存儲(chǔ)（如Memcached）的優(yōu)勢在于：Redis提供持久化。當(dāng)維護(hù)一個(gè)不是嚴(yán)格要求一致性的緩存時(shí)，如果用戶的購物車信息全部丟失，大部分人都會(huì)不高興的，現(xiàn)在，他們還會(huì)這樣嗎？

幸運(yùn)的是，隨著 Redis 這些年的改進(jìn)，很容易找到怎么恰當(dāng)?shù)氖褂肦edis來緩存會(huì)話的文檔。甚至廣為人知的商業(yè)平臺(tái)Magento也提供Redis的插件。

2.隊(duì)列

Reids在內(nèi)存存儲(chǔ)引擎領(lǐng)域的一大優(yōu)點(diǎn)是提供 list 和 set 操作，這使得Redis能作為一個(gè)很好的消息隊(duì)列平臺(tái)來使用。Redis作為隊(duì)列使用的操作，就類似于本地程序語言（如Python）對(duì) list 的 push/pop 操作。

如果你快速的在Google中搜索“Redis queues”，你馬上就能找到大量的開源項(xiàng)目，這些項(xiàng)目的目的就是利用Redis創(chuàng)建非常好的后端工具，以滿足各種隊(duì)列需求。例如，Celery有一個(gè)后臺(tái)就是使用Redis作為broker，你可以從這里去查看。

3.全頁緩存（FPC）

除基本的會(huì)話token之外，Redis還提供很簡便的FPC平臺(tái)?；氐揭恢滦詥栴}，即使重啟了Redis實(shí)例，因?yàn)橛写疟P的持久化，用戶也不會(huì)看到頁面加載速度的下降，這是一個(gè)極大改進(jìn)，類似PHP本地FPC。

再次以Magento為例，Magento提供一個(gè)插件來使用Redis作為全頁緩存后端。此外，對(duì)WordPress的用戶來說，Pantheon有一個(gè)非常好的插件 wp-redis，這個(gè)插件能幫助你以最快速度加載你曾瀏覽過的頁面。

4.排行榜/計(jì)數(shù)器

Redis在內(nèi)存中對(duì)數(shù)字進(jìn)行遞增或遞減的操作實(shí)現(xiàn)的非常好。集合（Set）和有序集合（Sorted Set）也使得我們在執(zhí)行這些操作的時(shí)候變的非常簡單，Redis只是正好提供了這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所以，我們要從排序集合中獲取到排名最靠前的10個(gè)用戶–我們稱之為“user_scores”，我們只需要像下面一樣執(zhí)行即可：

當(dāng)然，這是假定你是根據(jù)你用戶的分?jǐn)?shù)做遞增的排序。如果你想返回用戶及用戶的分?jǐn)?shù)，你需要這樣執(zhí)行：ZRANGE user_scores 0 10 WITHSCORES，Agora Games就是一個(gè)很好的例子，用Ruby實(shí)現(xiàn)的，它的排行榜就是使用Redis來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，你可以在這里看到。

Redis的高可用策略（單點(diǎn)故障避免策略）

1.高可用（High Availability）

當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器停止服務(wù)后，對(duì)于業(yè)務(wù)及用戶毫無影響。 停止服務(wù)的原因可能由于網(wǎng)卡、路由器、機(jī)房、CPU負(fù)載過高、內(nèi)存溢出、自然災(zāi)害等不可預(yù)期的原因?qū)е?#xff0c;在很多時(shí)候也稱單點(diǎn)問題。

2.主備方式

這種通常是一臺(tái)主機(jī)、一臺(tái)或多臺(tái)備機(jī)，在正常情況下主機(jī)對(duì)外提供服務(wù)，并把數(shù)據(jù)同步到備機(jī)，當(dāng)主機(jī)宕機(jī)后，備機(jī)立刻開始服務(wù)。 Redis HA中使用比較多的是keepalived，它使主機(jī)備機(jī)對(duì)外提供同一個(gè)虛擬IP，客戶端通過虛擬IP進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，正常期間主機(jī)一直對(duì)外提供服務(wù)，宕機(jī)后VIP自動(dòng)漂移到備機(jī)上。

優(yōu)點(diǎn)是對(duì)客戶端毫無影響，仍然通過VIP操作。

缺點(diǎn)也很明顯，在絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)備機(jī)是一直沒使用，被浪費(fèi)著的。

3.主從方式

這種采取一主多從的辦法，主從之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。 當(dāng)Master宕機(jī)后，通過選舉算法（Paxos、Raft）從slave中選舉出新Master繼續(xù)對(duì)外提供服務(wù)，主機(jī)恢復(fù)后以slave的身份重新加入。

主從另一個(gè)目的是進(jìn)行讀寫分離，這是當(dāng)單機(jī)讀寫壓力過高的一種通用型解決方案。 其主機(jī)的角色只提供寫操作或少量的讀，把多余讀請求通過負(fù)載均衡算法分流到單個(gè)或多個(gè)slave服務(wù)器上。

缺點(diǎn)是主機(jī)宕機(jī)后，Slave雖然被選舉成新Master了，但對(duì)外提供的IP服務(wù)地址卻發(fā)生變化了，意味著會(huì)影響到客戶端。 解決這種情況需要一些額外的工作，在當(dāng)主機(jī)地址發(fā)生變化后及時(shí)通知到客戶端，客戶端收到新地址后，使用新地址繼續(xù)發(fā)送新請求。

4.方案選擇

主備（keepalived）方案配置簡單、人力成本小，在數(shù)據(jù)量少、壓力小的情況下推薦使用。 如果數(shù)據(jù)量比較大，不希望過多浪費(fèi)機(jī)器，還希望在宕機(jī)后，做一些自定義的措施，比如報(bào)警、記日志、數(shù)據(jù)遷移等操作，推薦使用主從方式，因?yàn)楹椭鲝拇钆涞囊话氵€有個(gè)管理監(jiān)控中心。

Redis的數(shù)據(jù)同步方式

無論是主備還是主從都牽扯到數(shù)據(jù)同步的問題，這也分2種情況：

• 同步方式：當(dāng)主機(jī)收到客戶端寫操作后，以同步方式把數(shù)據(jù)同步到從機(jī)上，當(dāng)從機(jī)也成功寫入后，主機(jī)才返回給客戶端成功，也稱數(shù)據(jù)強(qiáng)一致性。 很顯然這種方式性能會(huì)降低不少，當(dāng)從機(jī)很多時(shí)，可以不用每臺(tái)都同步，主機(jī)同步某一臺(tái)從機(jī)后，從機(jī)再把數(shù)據(jù)分發(fā)同步到其他從機(jī)上，這樣提高主機(jī)性能分擔(dān)同步壓力。 在redis中是支持這楊配置的，一臺(tái)master，一臺(tái)slave，同時(shí)這臺(tái)salve又作為其他slave的master。
• 異步方式：主機(jī)接收到寫操作后，直接返回成功，然后在后臺(tái)用異步方式把數(shù)據(jù)同步到從機(jī)上。 這種同步性能比較好，但無法保證數(shù)據(jù)的完整性，比如在異步同步過程中主機(jī)突然宕機(jī)了，也稱這種方式為數(shù)據(jù)弱一致性。

Redis主從同步采用的是異步方式，因此會(huì)有少量丟數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)。還有種弱一致性的特例叫最終一致性，這塊詳細(xì)內(nèi)容可參見CAP原理及一致性模型。

分布式與集群

1.集群時(shí)代

至少部署兩臺(tái)Redis服務(wù)器構(gòu)成一個(gè)小的集群，主要有2個(gè)目的：

• 高可用性：在主機(jī)掛掉后，自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移，使前端服務(wù)對(duì)用戶無影響。
• 讀寫分離：將主機(jī)讀壓力分流到從機(jī)上。

可在客戶端組件上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，根據(jù)不同服務(wù)器的運(yùn)行情況，分擔(dān)不同比例的讀請求壓力。

2.Redis集群

分布式

緩存數(shù)據(jù)量不斷增加時(shí)，單機(jī)內(nèi)存不夠使用，需要把數(shù)據(jù)切分不同部分，分布到多臺(tái)服務(wù)器上。 可在客戶端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分片，數(shù)據(jù)分片算法詳見一致性Hash詳解、虛擬桶分片。

分布式集群

大規(guī)模分布式集群時(shí)代

當(dāng)數(shù)據(jù)量持續(xù)增加時(shí)，應(yīng)用可根據(jù)不同場景下的業(yè)務(wù)申請對(duì)應(yīng)的分布式集群。 這塊最關(guān)鍵的是緩存治理這塊，其中最重要的部分是加入了代理服務(wù)。 應(yīng)用通過代理訪問真實(shí)的Redis服務(wù)器進(jìn)行讀寫，這樣做的好處是：

避免越來越多的客戶端直接訪問Redis服務(wù)器難以管理，而造成風(fēng)險(xiǎn)。

在代理這一層可以做對(duì)應(yīng)的安全措施，比如限流、授權(quán)、分片。

避免客戶端越來越多的邏輯代碼，不但臃腫升級(jí)還比較麻煩。

代理這層無狀態(tài)的，可任意擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)，對(duì)于客戶端來說，訪問代理跟訪問單機(jī)Redis一樣。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Redis系列教程(一)：Redis缓存的设计、性能、应用与数据集群同步的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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