Redis总结

本文介绍了Redis作为内存数据库的优势,包括高性能和高并发处理能力。探讨了Redis在缓存中的应用,对比了本地缓存和分布式缓存的区别,并详细解释了Redis的过期策略及内存淘汰机制,帮助读者理解如何有效利用Redis。

Redis简介

简单来说Redis就是一个数据库,不过与传统的数据库不同的是redis的数据是存在内存中的,所以存写速度非常快,因此redis被广泛应用于缓存方向。另外redis经常被用来做分布式锁。

为什么要用redis作缓存

主要从“高性能”和“高并发”这两点来看待这个问题

高性能:

假如用户第一次访问数据库中的某些数据。这个过程会比较慢,因为是从硬盘上读取的。将该用户访问的数据存在数缓存中,这样下一次再访问这些数据的时候就可以直接从缓存中获取了。操作缓存就是直接操作内存,所以速度相当快。如果数据库中的对应数据改变的之后,同步改变缓存中相应的数据即可!
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高并发:

直接操作缓存能够承受的请求是远远大于直接访问数据库的,所以我们可以考虑把数据库中的部分数据转移到缓存中去,这样用户的一部分请求会直接到缓存这里而不用经过数据库。
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为什么要用 redis 而不用 map/guava 做缓存?

缓存分为本地缓存和分布式缓存。以 Java 为例,使用自带的 map 或者 guava 实现的是本地缓存,最主要的特点是轻量以及快速,生命周期随着 jvm 的销毁而结束,并且在多实例的情况下,每个实例都需要各自保存一份缓存,缓存不具有一致性。
使用 redis 或 memcached 之类的称为分布式缓存,在多实例的情况下,各实例共用一份缓存数据,缓存具有一致性。缺点是需要保持 redis 或 memcached服务的高可用,整个程序架构上较为复杂。

redis和memcached的区别

  1. redis支持更丰富的数据类型(支持更复杂的应用场景):Redis不仅仅支持简单的k/v类型的数据,同时还提供list,set,zset,hash等数据结构的存储。memcache支持简单的数据类型,String
  2. Redis支持数据的持久化,可以将内存中的数据保持在磁盘中,重启的时候可以再次加载进行使用,而Memecache把数据全部存在内存之中。
  3. 集群模式:memcached没有原生的集群模式,需要依靠客户端来实现往集群中分片写入数据;但是 redis 目前是原生支持 cluster 模式的
  4. Memcached是多线程,非阻塞IO复用的网络模型;Redis使用单线程的多路 IO 复用模型

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redis设置过期时间

Redis中有个设置时间过期的功能,即对存储在 redis 数据库中的值可以设置一个过期时间。作为一个缓存数据库,这是非常实用的。如我们一般项目中的 token 或者一些登录信息,尤其是短信验证码都是有时间限制的,按照传统的数据库处理方式,一般都是自己判断过期,这样无疑会严重影响项目性能。
我们 set key 的时候,都可以给一个 expire time,就是过期时间,通过过期时间我们可以指定这个 key 可以存活的时间
如果假设你设置了一批 key 只能存活1个小时,那么接下来1小时后,redis是怎么对这批key进行删除的?

定期删除+惰性删除
  • 定期删除:redis默认是每隔 100ms 就随机抽取一些设置了过期时间的key,检查其是否过期,如果过期就删除。注意这里是随机抽取的。为什么要随机呢?你想一想假如 redis 存了几十万个 key ,每隔100ms就遍历所有的设置过期时间的 key 的话,就会给 CPU 带来很大的负载!
  • 惰性删除:定期删除可能会导致很多过期 key 到了时间并没有被删除掉。所以就有了惰性删除。假如你的过期 key,靠定期删除没有被删除掉,还停留在内存里,除非你的系统去查一下那个 key,才会被redis给删除掉。这就是所谓的惰性删除,也是够懒的哈!

但是仅仅通过设置过期时间还是有问题的。我们想一下:如果定期删除漏掉了很多过期 key,然后你也没及时去查,也就没走惰性删除,此时会怎么样?如果大量过期key堆积在内存里,导致redis内存块耗尽了。怎么解决这个问题呢?

redis内存淘汰机制

redis 内存淘汰机制(MySQL里有2000w数据,Redis中只存20w的数据,如何保证Redis中的数据都是热点数据?
redis提供6种数据淘汰策略:

  1. volatile-lru:从已设置过期时间的数据集(server.db[i].expires)中挑选最近最少使用的数据淘汰
  2. volatile-ttl:从已设置过期时间的数据集(server.db[i].expires)中挑选将要过期的数据淘汰
  3. volatile-random:从已设置过期时间的数据集(server.db[i].expires)中任意选择数据淘汰
  4. 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)
  5. allkeys-random:从数据集(server.db[i].dict)中任意选择数据淘汰
  6. no-eviction:禁止驱逐数据,也就是说当内存不足以容纳新写入数据时,新写入操作会报错。这个应该没人使用吧!

缓存雪崩和缓存穿透问题解决方案

缓存雪崩:缓存同一时间内大面积失效,后面的请求都会落到数据库上,造成数据库短时间内承受大量请求而崩掉

解决办法:

  • 事前:尽量保证整个 redis 集群的高可用性,发现机器宕机尽快补上。选择合适的内存淘汰策略
  • 事中:本地ehcache缓存 + hystrix限流&降级,避免MySQL崩掉
  • 事后:利用 redis 持久化机制保存的数据尽快恢复缓存

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缓存穿透:一般是黑客故意去请求缓存中不存在的数据,导致所有的请求都落到数据库上,造成数据库短时间内承受大量请求而崩掉

解决办法: 有很多种方法可以有效地解决缓存穿透问题,最常见的则是采用布隆过滤器,将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bitmap中,一个一定不存在的数据会被 这个bitmap拦截掉,从而避免了对底层存储系统的查询压力。另外也有一个更为简单粗暴的方法(我们采用的就是这种),如果一个查询返回的数据为空(不管是数 据不存在,还是系统故障),我们仍然把这个空结果进行缓存,但它的过期时间会很短,最长不超过五分钟。

如何解决 Redis 的并发竞争 Key 问题

所谓 Redis 的并发竞争 Key 的问题也就是多个系统同时对一个 key 进行操作,但是最后执行的顺序和我们期望的顺序不同,这样也就导致了结果的不同

推荐一种方案:分布式锁(zookeeper 和 redis 都可以实现分布式锁)。(如果不存在 Redis 的并发竞争 Key 问题,不要使用分布式锁,这样会影响性能)

如何保证缓存与数据库双写时的数据一致性?

你只要用缓存,就可能会涉及到缓存与数据库双存储双写,你只要是双写,就一定会有数据一致性的问题,那么你如何解决一致性问题?
一般来说,就是如果你的系统不是严格要求缓存+数据库必须一致性的话,缓存可以稍微的跟数据库偶尔有不一致的情况,最好不要做这个方案,读请求和写请求串行化,串到一个内存队列里去,这样就可以保证一定不会出现不一致的情况

串行化之后,就会导致系统的吞吐量会大幅度的降低,用比正常情况下多几倍的机器去支撑线上的一个请求。

### Redis 实训总结与经验分享 Redis 是一种高性能的内存数据库,广泛应用于缓存、消息队列、分布式锁等场景。以下是对 Redis 实训中关键点的总结和经验分享。 #### 1. Redis 的安全问题 在实际项目中,Redis 的安全性是一个不可忽视的问题。如果配置不当,可能会导致数据泄露、拒绝服务攻击或数据篡改等问题[^1]。因此,在使用 Redis 时需要特别注意以下几点: - **访问控制**:通过设置密码(`requirepass` 配置项)限制对 Redis 服务器的访问。 - **限流防护**:启用 Redis 的限流机制,防止恶意请求导致的服务中断。 - **数据加密**:对于敏感数据,可以采用数据加密技术确保其完整性。 #### 2. Redis 的性能优化 Redis 的高性能主要得益于其基于内存的操作模式以及简单的键值存储结构。在实际应用中,可以通过以下方式进一步提升 Redis 的性能[^2]: - **缓存策略**:将热点数据存储到 Redis 中,减少对后端数据库(如 MySQL)的直接访问压力。例如,让 80% 以上的查询走缓存,20% 以下的查询走数据库。 - **持久化配置**:根据业务需求选择合适的持久化方式(RDB 或 AOF)。RDB 提供快照式持久化,适合数据恢复;AOF 提供更高的数据安全性,但可能会影响性能。 - **分片与集群**:当单机 Redis 的容量或性能无法满足需求时,可以考虑使用 Redis 分片或 Redis 集群来扩展存储能力和并发处理能力。 #### 3. Redis 的备份与恢复 为了确保数据的安全性和可靠性,定期进行 Redis 数据备份是非常重要的[^1]。以下是备份与恢复的最佳实践: - **自动备份**:通过配置定时任务(如 `cron`)定期生成 RDB 文件。 - **增量备份**:结合 AOF 日志实现增量备份,减少全量备份带来的性能开销。 - **灾难恢复**:在主从架构中,确保从节点的数据同步正常,以便在主节点故障时快速切换。 #### 4. 权限管理与可视化范围 在某些项目中,Redis 的数据可能需要根据不同角色的权限进行访问控制。例如,在一个微信小程序开发项目中,不同用户角色可以查看不同的数据范围[^3]。类似地,可以在 Redis 中实现类似的权限管理逻辑: - **命名空间隔离**:为不同角色的数据设置独立的命名空间前缀,避免数据冲突。 - **ACL 控制**:Redis 6.0 及以上版本支持 ACL(Access Control List),可以为不同用户分配特定的命令权限和键空间访问权限。 #### 5. Maven 项目中的 Redis 集成 在基于 Maven 的 Spring Boot 项目中集成 Redis 时,可以通过以下步骤完成配置[^4]: ```xml <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId> </dependency> ``` 同时,需要在 `application.yml` 或 `application.properties` 文件中配置 Redis 连接信息: ```yaml spring: redis: host: localhost port: 6379 password: your_password timeout: 5000ms lettuce: pool: max-active: 8 max-idle: 8 min-idle: 0 ``` #### 6. 常见问题与解决方法 在 Redis 实训过程中,可能会遇到以下常见问题: - **内存不足**:可以通过调整 `maxmemory` 和 `maxmemory-policy` 参数来解决。 - **网络延迟**:检查 Redis 服务器与客户端之间的网络连接是否正常。 - **数据丢失**:确保持久化配置正确,并定期测试数据恢复流程。 --- ### 示例代码:Redis 缓存操作 以下是一个简单的 Redis 缓存操作示例: ```java import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate; import org.springframework.stereotype.Service; @Service public class CacheService { @Autowired private StringRedisTemplate redisTemplate; public void setCache(String key, String value) { redisTemplate.opsForValue().set(key, value); } public String getCache(String key) { return redisTemplate.opsForValue().get(key); } } ``` ---
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