这里所说的常规数据库是指基于硬盘读写的数据库,比如 Oracle , Mysql , Mongodb 等。基于硬盘读写的数据库可以有效的保证数据的高可用性。这里的高可用性指的是操作系统或者数据库崩溃之后,不会造成数据丢失,这也是对数据库的最基本要求。
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基于硬盘读写的数据库虽然可以保证数据的高可用性,但是读写速度比较慢,这也是磁盘 I/O的天然属性。虽然切换固态硬盘之后,性能会有显著提升,但是经济成本也会随之升高,而且固态硬盘使用寿命偏低。为了解决这个问题, Redis 做出了改变。 Redis 是基于内存进行读写的数据库,把数据全部存储在内存中,这样就可以大幅提高数据的读写速度。
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说到内存数据库,不得不提 memcached , memcached 比 Redis 出现的更早,也是基于内存进行数据存储。在十几年前,大家通用的缓存方案就是 memcached 。 memcached 支持 Key-Value形式的数据存储,但是只支持 String 类型的数据结构,不支持更复杂的数据结构,也不支持集群。
操作系统或者 memcached 重启后数据就会丢失。这也是基于内存进行数据存储的最大缺点。
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Redis 继承了 memcached 所有的优点,并改进了很多缺点。比如 Redis 也是基于内存进行数据操作,并且支持更多的数据类型,比如 List , Set 等。最最主要的,也是这篇文章的重点, Redis 支持数据高可用,也就是说 Redis 或者操作系统重启之后,数据不会丢失。
Redis 在高可用这条路上所付出的努力,就像一个不断努力进取的励志青年。
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众所周知,放在内存中的数据是不稳定的。为了解决因为系统或者 Redis 重启造成的数据丢失问题。 Redis 提供了两种数据持久化方案。
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快照备份把 Redis 数据库中的数据,定时备份到磁盘中。当数据库重启的时候,可以通过定时备份到磁盘文件中的快照文件进行数据恢复。这样 Redis 既保证了数据的读写速度,又保证了数据的高可用。
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AOF 同步写快照备份有个缺点,就是会丢失一部分数据。比如在新的快照文件生成之前,系统发生了问题,那么最近一次快照之后的数据将丢失。 Redis 为了解决这个问题,提出了 AOF 解决方案。所谓的 AOF 就是将每次写入数据的命令都以追加的方式记录到文件中。这样在系统出问题的时候,只要将这个文件中的命令全部重放一下就OK了。这样就可以做到不丢数了。
但是如果数据写入操作太多的话,会造成 AOF 文件过大,为了解决这个问题 Redis 提供了 AOF 自动压缩功能,以及去重功能,这样可以达到对文件体积大小进行优化的目的。
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上面的两种持久化方案,对于单节点 Redis 来说,基本已经够用了。但是我们的系统总是越做越大,要求越来越多。有的时候单节点 Redis 往往撑不住系统的访问量。这种情况下 Redis 提供了主从模式。
所谓的主从模式就是一个主节点,负责读和写,一个从节点,负责将主节点的数据同步到从节点,这样主从节点信息就是一致的。
注意:从节点不支持写操作,但是可以支持读操作。当其中任意一个点挂掉之后,数据不会损失。而且可以将读的压力分散到多个节点,支持更大的访问量。
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对于主从模式,这里有个最大的痛点。当主节点挂掉后,从节点是不会自动升级为主节点的。也就是负责往 Redis 写入的程序会报错,但是读操作不会有问题。这一点不太符合高可用的要求。为了解决发生故障,主节点自动切换的问题, Redis 又给大家提供了哨兵模式。
所谓的哨兵模式就是,提供三个哨兵节点(同样是 Redis 实例,只不过不存储数据),来监控主从模式下的所有 Redis 节点(真正存储数据的节点)。客户端程序通过哨兵节点获取主节点信息。当主节点挂掉后,哨兵节点会自动将其中一个从节点升级为主节点,提供给客户端程序执行写入操作。当发生故障的主节点恢复后,会自动变为新的主节点的从节点。
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