Redis持久化与集群
这一篇是之前就想写的，但是考虑到学习一样东西有一样好的方式是对比，就先写的MySQL的复制，备份与恢复与Redis的持久化，集群有许多相同之处（我私以为最大的区别是Redis是存储在内存，MySQL是在磁盘，其他的思想其实差不多）
1.什么是Redis持久化
1.1 Redis持久化定义
将Redis的数据从内存存储到磁盘（可以存储到MySQL数据库，或直接存储为Redis能够识别的脚本）的过程，称为持久化
1.2 持久化目的
- Redis的数据存储在内存中，带来的好处是高效率，但是问题同样明显，只要断电数据就丢失，或者说重启Redis原来的数据也不会保存。
- 持久化的目的就是为了解决数据丢失问题，以及启动时能够加载上次数据
数据丢失问题很好理解，为了数据安全性，肯定不能让数据丢失
但是为什么要加载上次保留的数据？
- Redis的目的是什么，大部分是用来做缓存，为了让热点数据加载更快，同时减轻数据库的负担。如果每次重启都需要重新获取热点数据，就会再次个别次数的卡顿。一般为了体验更平滑，都会在启动时加载热点数据（预热）
1.3 相关面试题
- Q:了解缓存击穿吗？或者说Redis缓存可能会有那些问题？
A：Redis缓存可能会有 缓存击穿，缓存雪崩，缓存穿透问题
缓存击穿：热点数据访问量过高，当Redis缓存失效（为什么缓存会失效，下面会分析）时候，MySQL访问量过高导致的卡顿，宕机或者其他问题；解决方案是：热点数据缓存不设置失效日期，或者失效时间很长
缓存雪崩：许多缓存在同一时间失效，导致页面的卡顿；解决办法：缓存失效的时间设置的随机点，避免同时失效发生
缓存穿透：频繁访问一个不存在的数据，导致缓存无法发挥效用。例如说访问某个值，但是这个值时不存在的，每次访问Redis发现数据不存在，然后去数据库访问，还是发现不存在。这样就导致Redis没起到作用；解决方案：将空值也缓存，或者使用布隆过滤器。缓存空值只能解决对某个确定不存在数据的恶意访问问题。但是如果是很多数据都不存在，将对应的空值都缓存也划不来，更好的方式是布隆过滤器
布隆过滤器：利用Hash算法，判断存在的数据可能存在，判断不存在的数据一定不存在。这样对于很多不存在的数据，直接给予拦截，有效减小数据库压力。布隆过滤器原理
2.Redis持久化方式
Redis的持久化方式有两种：一种是全量式（也可以说是快照式）：RDB，一种是增量式（日志式）：AOF
2.1 Redis持久化 – RDB
我之前描述Redis是“单线程”的时候，是用的引号的，Redis处理请求的时候，一次处理一个。但是Redis在RDB持久化的时候，如果还是单线程，那岂不是在持久化的时候需要有有一段时间不能工作（这个是后可以联想回顾下Java垃圾回收的stop the word）。显然这样是很难被接受的。Redis是怎么干的：fork了一个子进程来执行RDB持久化，为什么说是基于快照方式，当Redis开始进行RDB的时候，对于子进程来说，Redis的内容都是不变的，相当于按下快门键，所有东西都固定了。父进程的所有写操作都是在副本上进行，完成后合并到原件上。这种机制叫：COW（Copy On Write）机制：很好理解，修改操作都在副本上进行，最后提交合并（和Git的分支管原理一样）
那最后Redis到底是不是单线程的： 一般认为Redis是多个多进程单线程（多个单线程的进程组成，但是都已经是多线程，再说Redis是单线程是不是怪怪的）。一般说Redis是单线程一般是为了强调其原子性，而且大于大部分操作，Redis就是单线程
2.2 Redis持久化 – AOF
AOF是基于日志实现的（和MySQL的复制区别不大）。将Redis语句记录到日志，存储到磁盘中
AOF重写是对AOF的一种优化，能够精简AOF日志大小（参考MySQL基于行的复制）。对某个语句进行多次操作，AOF重写将这些操作合并，只留一条语句（这条语句是不是分析AOF语句重写的，而是根据Redis的内容进行重写）
2.3 RDB与AOF的对比
- RDB相对于AOF来说效率更高，因为RDB产生的文件比AOF更小，恢复起来更快。那做实验类类比：AOF相当于是一步一步论证，最后得到结果，RDB相当于是直接给给结果，论证过程不写。文件能不小吗、。
- 不是说RDB比AOF好，RDB是全量，AOF是增量，你总不能实时去做RDB持久化（会有公司是实时推送全量数据吗）
- 同时RDB也会加大Redis服务器即时负载，会降低那一小段时间的并发，AOF肯定也吃服务器负载而且总负载消耗肯定更大，但是AOF相当于把消耗分布在一个时间区间（可以联想物理的省力不省功）
一般RDB和AOF是混合用的，晚上服务器没有压力的时候，进行RDB（全量）持久化，然后其他时间是进行AOF（增量）持久化。
3.什么是Redis集群
- Redis是在内存上，4G，10W访问量顶的一台机器顶的住，如果是400G，1000W访问量呢？一台机器（要是再过20年，说不定还真的可以）肯定是不行了，我们要用多个计算机进行处理。
- 如果在一台机器上，因为某种原因，机器宕机了，难道我们就只能等着恢复？
3.1 集群的定义
通过使用多个台计算机处理一件事情，来扩展系统的性能，这种方式称为集群
CAP理论：一致性，可用性，与分区容忍性（数据在不同的机器上，意味着可能会断开（有可能是那台服务器宕机，也有可能是网络不稳定），称为网络分区），这三者只能确保其中两者，而不能三者全部保全。Redis是通过牺牲一致性来保证后两者。不是强一致性（主从服务器始终保持数据一致），但是要保证最终一致性（最终从服务器与主服务器数据一致）
3.2 集群解决的问题
- 读写分离，通过集群，主服务器提供写服务，从服务器提供读服务。提高系统吞吐量（数据一样）
- 提高可用性，即使某一台服务器宕机，其他服务器还能够代替这台机器工作（多台数据的机器一样）
- 提高系统性能，一台机器处理不了那么多数据，多台机器处理（多台机器数据不一样）
4.Redis集群方式
4.1 主从复制
- 集群服务器分为两类，主服务器和从服务器（MySQL叫主备）
- 主服务器提供写服务，从服务器提供读服务（只有主服务器能提供写，理由和MySQL的一样，为了保证数据的一致性）
- Redis主从模型和MySQL主备一样，已有两种：主从模型，主-分发服务器-从服务器模型
- 主从复制过程：主服务器提供快照（RDB），发送给从服务器，从服务器删除自己的内容，然后加载快照，再然后主服务器将缓存区的指令同步给从服务器（AOF）（主服务器将自己的指令记录到本地缓存区buffer，从服务器获取指令，同时反馈自己进度。注意主服务器的缓存区是环形数组，如果从服务器因为网络分区或者其他原因长时间未获取，这部分数据就可能丢失）
4.2 哨兵（Sentinel）
- 上面的主从同步里面，如果是从服务器挂掉了，其他从服务器还能代替那个挂掉的继续提供读服务，但是如果是主服务器挂掉了，那么写服务就无法进行了，因为只有主服务提供写服务。哨兵可以解决这个问题。
- 哨兵是什么：哨兵是一种监控Redis服务器的工具，当主服务器挂掉的时候，在从服务器里选一个最接近主节点的节点为主节点
- 客户端是通过哨兵来获取主节点地址（其他从节点也是 ），当主节点挂掉，客户端会重新从哨兵获取主节点地址，哨兵会给出一个最佳节点。
- 当主节点挂掉之后又恢复后，这个不会就是从节点了，因为已经有一个主节点了
4.3 Codis
- Condis是国人开发的一个三方代理工具
- 其原理是通过代理，将查询(增删改查）转发到各个Redis实例上
- 可以有多个Condis实例。
- Condis实例与Redis的映射关系存储在其他分布式中间件上：例如ZooKeeper
- 能够自动均衡，当有新增的Redis实例后，会将其他实例的一部分Key迁移到新的实例上，如果访问的key正在迁移中，会马上将这个key进行迁移在访问
*映射规则：对Key的Hash进行Crc32运算，然后模1024，得到key的槽位，Condis会缓存槽位和实例的关系- Condis的迁移可以后台自动进行，同时Condis有可视化的后台管理页面
4.4 Cluster
- Redis自己的工具
- 将一共划分16384个槽位（Condis是1024）（hash槽的概念）
- Cluster是可以直接找到节点（Condis需要代理），也不需要第三方工具来同步槽位与实例地址的关系
- 映射规则：堆Key的hash进行CRC16运算，然后模16384
- 没有代理节点可以提供，key与实力地址的映射，扩容之后找，客户端在原先的实例寻找Key，服务器会返回一个正确的地址。从原节点迁移到目标节点后悔删除调原节点
4.5 个人思考
在网上搜Redis集群，一般都是说有三种集群方案：主从复制，哨兵，Cluster。我不是很认同这种观点，一来就把Condis（除了这个，其他3个都是Redis自身的功能）开除了。哈哈哈，给中国开发者一点面子好不好：我觉得主从复制和哨兵只是Redis集群的基础以及一部分功能。Condis与Cluster更倾向于分布式方案。举例子：
现有A，A2，A3，B，B2，B3，C，C2，C3九台机器构成一个集群系统。其中Condis和Cluster更倾向于描述A，B，C这三个主服务器的关系（分布式的概念）。主从复制与哨兵是A，A2，A3描述作用这种关系。（也不知道我有没有表达清楚）
实际上一般公司到主从复制就这个阶段就够了，最多哨兵层次，后面两个一般用不到。即使业务比较多，但也有可能是不同的系统，各自独立。也用不到Condis与Cluster。但是我们也需要知道原理，不然面试怎么造航母。
5.小结
- RDB与AOF是什么？
- RDB与AOF的优劣，应用场景
- 缓存雪崩，缓存击穿，缓存穿透
- 主从复制，哨兵，Condis，Cluster
还有些东西想说：但是这篇文章已经字数已经严重超标了。
Redis缓存过期策略，布隆过滤器，hash槽概念，哨兵的工作过程
我今天早上起来看了部电影《横空出世》，推荐大家看下。我们今天的生活来之不易，不要被疫情打倒。对国家有信心
苔痕上阶绿，草色入帘青
博主：五更依旧朝花落
最早发布时间：2020年4月6日19:01:19
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