Redis部分总结

redis特点

优点

  • 读写性能优异, Redis能读的速度是110000次/s,写的速度是81000次/s。
  • 支持数据持久化,支持AOF和RDB两种持久化方式。
  • 支持事务,Redis的所有操作都是原子性的,同时Redis还支持对几个操作合并后的原子性执行。
  • 数据结构丰富,除了支持string类型的value外还支持hash、set、zset、list等数据结构。
  • 支持主从复制,主机会自动将数据同步到从机,可以进行读写分离。

缺点

  • 数据库容量受到物理内存的限制,不能用作海量数据的高性能读写,因此Redis适合的场景主要局限在较小数据量的高性能操作和运算上。
  • Redis 不具备自动容错和恢复功能,主机从机的宕机都会导致前端部分读写请求失败,需要等待机器重启或者手动切换前端的IP才能恢复。
  • 主机宕机,宕机前有部分数据未能及时同步到从机,切换IP后还会引入数据不一致的问题,降低了系统的可用性。
  • Redis 较难支持在线扩容,在集群容量达到上限时在线扩容会变得很复杂。为避免这一问题,运维人员在系统上线时必须确保有足够的空间,这对资源造成了很大的浪费。

为什么用redis

  • 高性能
  • 高并发

Redis为什么这么快

  • 完全基于内存,绝大部分请求是纯粹的内存操作,非常快速。数据存在内存中,类似于 HashMap,HashMap 的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1);
  • 数据结构简单,对数据操作也简单,Redis 中的数据结构是专门进行设计的;
  • 采用单线程,避免了不必要的上下文切换和竞争条件,也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU,不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁释放锁操作,没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗;
  • 使用多路 I/O 复用模型,非阻塞 IO;
  • 使用底层模型不同,它们之间底层实现方式以及与客户端之间通信的应用协议不一样,Redis 直接自己构建了 VM 机制 ,因为一般的系统调用系统函数的话,会浪费一定的时间去移动和请求;

持久化

什么是Redis持久化?

持久化就是把内存的数据写到磁盘中去,防止服务宕机了内存数据丢失。

RDB机制

RDB:是Redis DataBase缩写快照

RDB是Redis默认的持久化方式。按照一定的时间将内存的数据以快照的形式保存到硬盘中,对应产生的数据文件为dump.rdb。通过配置文件中的save参数来定义快照的周期。

优点:

  • 只有一个文件 dump.rdb,方便持久化。
  • 容灾性好,一个文件可以保存到安全的磁盘。
  • 性能最大化,fork 子进程来完成写操作,让主进程继续处理命令,所以是 IO 最大化。使用单独子进程来进行持久化,主进程不会进行任何 IO 操作,保证了 redis 的高性能
  • 相对于数据集大时,比 AOF 的启动效率更高。

缺点:

数据安全性低。RDB 是间隔一段时间进行持久化,如果持久化之间 redis 发生故障,会发生数据丢失。所以这种方式更适合数据要求不严谨的时候。

AOF机制

AOF持久化(即Append Only File持久化),则是将Redis执行的每次写命令记录到单独的日志文件中,当重启Redis会重新将持久化的日志中文件恢复数据。

优点:

  • 数据安全,aof 持久化可以配置 appendfsync 属性,有 always,每进行一次 命令操作就记录到 aof 文件中一次。
  • 通过 append 模式写文件,即使中途服务器宕机,可以通过 redis-check-aof 工具解决数据一致性问题。
  • AOF 机制的 rewrite 模式。AOF 文件没被 rewrite 之前(文件过大时会对命令 进行合并重写),可以删除其中的某些命令(比如误操作的 flushall))

缺点:

  • AOF 文件比 RDB 文件大,且恢复速度慢。
  • 数据集大的时候,比 rdb 启动效率低。

比较:

  • AOF文件比RDB更新频率高,优先使用AOF还原数据。
  • AOF比RDB更安全也更大
  • RDB性能比AOF好
  • 如果两个都配了优先加载AOF

过期键的删除策略

我们都知道,Redis是key-value数据库,我们可以设置Redis中缓存的key的过期时间。Redis的过期策略就是指当Redis中缓存的key过期了,Redis如何处理。

过期策略通常有以下三种:

  • 定时过期:每个设置过期时间的key都需要创建一个定时器,到过期时间就会立即清除。该策略可以立即清除过期的数据,对内存很友好;但是会占用大量的CPU资源去处理过期的数据,从而影响缓存的响应时间和吞吐量。
  • 惰性过期:只有当访问一个key时,才会判断该key是否已过期,过期则清除。该策略可以最大化地节省CPU资源,却对内存非常不友好。极端情况可能出现大量的过期key没有再次被访问,从而不会被清除,占用大量内存。
  • 定期过期:每隔一定的时间,会扫描一定数量的数据库的expires字典中一定数量的key,并清除其中已过期的key。该策略是前两者的一个折中方案。通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时,可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到最优的平衡效果。
    (expires字典会保存所有设置了过期时间的key的过期时间数据,其中,key是指向键空间中的某个键的指针,value是该键的毫秒精度的UNIX时间戳表示的过期时间。键空间是指该Redis集群中保存的所有键。)

Redis中同时使用了惰性过期和定期过期两种过期策略。

Redis的内存淘汰策略

Redis的内存淘汰策略是指在Redis的用于缓存的内存不足时,怎么处理需要新写入且需要申请额外空间的数据。

全局的键空间选择性移除

  • noeviction:当内存不足以容纳新写入数据时,新写入操作会报错。
  • allkeys-lru:当内存不足以容纳新写入数据时,在键空间中,移除最近最少使用的key。(这个是最常用的)
  • allkeys-random:当内存不足以容纳新写入数据时,在键空间中,随机移除某个key。

设置过期时间的键空间选择性移除

  • volatile-lru:当内存不足以容纳新写入数据时,在设置了过期时间的键空间中,移除最近最少使用的key。
  • volatile-random:当内存不足以容纳新写入数据时,在设置了过期时间的键空间中,随机移除某个key。
  • volatile-ttl:当内存不足以容纳新写入数据时,在设置了过期时间的键空间中,有更早过期时间的key优先移除。

总结

Redis的内存淘汰策略的选取并不会影响过期的key的处理。内存淘汰策略用于处理内存不足时的需要申请额外空间的数据;过期策略用于处理过期的缓存数据。

Redis主要消耗什么物理资源

内存。

Redis的内存用完了会发生什么?

如果达到设置的上限,Redis的写命令会返回错误信息(但是读命令还可以正常返回。)或者你可以配置内存淘汰机制,当Redis达到内存上限时会冲刷掉旧的内容。

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