深入学习Redis_(一)五种基本数据类型、RedisTemplate、RedisCache、缓存雪崩等

一、Redis简介

Redis 是 C 语言开发的一个开源的（遵从 BSD 协议）高性能键值对（key-value）的内存数据库，可以用作数据库、缓存、消息中间件等。Redis是一种 NoSQL（not-only sql，泛指非关系型数据库）的数据库。

Redis 作为一个内存数据库：
1.性能优秀，数据在内存中，读写速度非常快，支持并发 10W QPS。
2.单进程单线程，是线程安全的，采用 IO 多路复用机制。
3.丰富的数据类型，支持字符串（strings）、散列（hashes）、列表（lists）、集合（sets）、有序集合（sorted sets）等。
4.支持数据持久化。
5.可以将内存中数据保存在磁盘中，重启时加载。
6.主从复制，哨兵，高可用。
7.可以用作分布式锁。
8.可以作为消息中间件使用，支持发布订阅。

二、Redis的五种基本数据类型

String

String 是 Redis 最基本的类型，一个 Key 对应一个 Value。Value 不仅是 String，也可以是数字。String 类型是二进制安全的，意思是 Redis 的 String 类型可以包含任何数据，比如 jpg 图片或者序列化的对象。String 类型的值最大能存储 512M。
String应用场景 ：
常规key-value缓存应用; 常规计数:微博数，粉丝数等。

Hash

Hash是一个键值（key-value）的集合。Redis 的 Hash 是一个 String 的 Key 和 Value 的映射表，Hash 特别适合存储对象。常用命令：hget，hset，hgetall 等。
Hash应用场景 ： 存储用户信息，商品信息等等

List

List 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。可以添加一个元素到列表的头部（左边）或者尾部（右边） 常用命令：lpush、rpush、lpop、rpop、lrange（获取列表片段）等。
另
外可以通过 lrange 命令，就是从某个元素开始读取多少个元素，可以基于 list 实现分页查询，这个很棒的一个功 能，基于 redis 实现简单的高性能分页，可以做类似微博那种下拉不断分页的东西(一页一页的往下走)，性能高。
应用场景：List 应用场景非常多，也是 Redis 最重要的数据结构之一，比如 微博的关注列表，粉丝列表都可以用 List 结构来实现。
数据结构：List 就是链表，可以用来当消息队列用。Redis 提供了 List 的 Push 和 Pop 操作，还提供了操作某一段的 API，可以直接查询或者删除某一段的元素。
实现方式：Redis List 的是实现是一个双向链表，既可以支持反向查找和遍历，更方便操作，不过带来了额外的内存开销。

Set

Set 是 String 类型的无序集合。集合是通过 hashtable 实现的。Set 中的元素是没有顺序的，而且是没有重复的。常用命令：sdd、spop、smembers、sunion 等。
Redis Set 对外提供的功能和 List 一样是一个列表，特殊之处在于 Set 是自动去重的。当你需要存储一个列表数据，又不希望出现重复数据时，set是一个很好的选择，并且set提供了判断某个成员是否在 一 个set集合内的重要接口，这个也是list所不能提供的。可以基于 set 轻易实现交集、并集、差集的操作。
应用场景：
比如在微博应用中，可以将一个用户所有的关注人存在一个集合中，将其所有粉丝存在一个集合。Redis可以非常 方 便的实现如共同关注、共同粉丝、共同喜好等功能。这个过程也就是求交集的过程

Zset

Zset 和 Set 一样是 String 类型元素的集合，且不允许重复的元素。常用命令：zadd、zrange、zrem、zcard 等。
Sorted Set 可以通过用户额外提供一个优先级（score）的参数来为成员排序，并且是插入有序的，即自动排序。当你需要一个有序的并且不重复的集合列表，那么可以选择 Sorted Set 结构。
和 Set 相比，Sorted Set关联了一个 Double 类型权重的参数 Score，使得集合中的元素能够按照 Score 进行有序排列，Redis 正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。
使用场景：
在直播系统中，实时排行信息包含直播间在线用户列表，各种礼物排行榜，弹幕消息(可以理解为按消息维度 的消息排行榜)等信息，适合使用 Redis 中的 SortedSet 结构进行存储。

实现方式：Redis Sorted Set 的内部使用 HashMap 和跳跃表（skipList）来保证数据的存储和有序，HashMap 里放的是成员到 Score 的映射。而跳跃表里存放的是所有的成员，排序依据是 HashMap 里存的 Score，使用跳跃表的结构可以获得比较高的查找效率，并且在实现上比较简单。

SpringBoot使用RedisTemplate简单操作Redis的五种数据类型

三、Redis pom依赖、yml配置

  <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.2.2.RELEASE</version>
    </parent>
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.commons</groupId>
        <artifactId>commons-pool2</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.session</groupId>
        <artifactId>spring-session-data-redis</artifactId>
    </dependency>

    <dependency>
        <groupId>org.projectlombok</groupId>
        <artifactId>lombok</artifactId>
        <optional>true</optional>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>

spring-boot-starter-data-redis：在 Spring Boot 2.x 以后底层不再使用 Jedis，而是换成了 Lettuce。
commons-pool2：用作 Redis 连接池，如不引入启动会报错。
spring-session-data-redis：Spring Session 引入，用作共享 Session。

配置文件 application.yml 的配置：

server:
  port: 8082
  servlet:
    session:
      timeout: 30ms
spring:
  cache:
    type: redis
  redis:
    host: 127.0.0.1
    port: 6379
    password:
    # redis默认情况下有16个分片，这里配置具体使用的分片，默认为0
    database: 0
    lettuce:
      pool:
        # 连接池最大连接数(使用负数表示没有限制),默认8
        max-active: 100

四、RedisTemplate 的使用方式

默认情况下的模板只能支持 RedisTemplate，也就是只能存入字符串，所以自定义模板很有必要。

添加配置类 RedisCacheConfig.java

package com.lsh.config;

import org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigureAfter;
import org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.RedisAutoConfiguration;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.lettuce.LettuceConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.RedisSerializer;
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;

/**
 * @author ：LiuShihao
 * @date ：Created in 2021/2/18 9:52 上午
 * @desc ：配置类 RedisCacheConfig
 * 默认情况下的模板只能支持 RedisTemplate，也就是只能存入字符串，所以自定义模板很有必要。
 */
@Configuration
@AutoConfigureAfter(RedisAutoConfiguration.class)
public class RedisCacheConfig {
     

    @Bean
    public RedisTemplate<String, String> redisCacheTemplate(LettuceConnectionFactory connectionFactory) {
     
        System.out.println("RedisTemplate加载...");
        RedisTemplate<String, String> redisTemplate = new RedisTemplate<>();
//        template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
//        Caused by: java.lang.NoClassDefFoundError: com/fasterxml/jackson/core/JsonProcessingException
//        template.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
        RedisSerializer redisSerializer = new StringRedisSerializer();
        redisTemplate.setKeySerializer(redisSerializer);
        redisTemplate.setValueSerializer(redisSerializer);
        redisTemplate.setHashKeySerializer(redisSerializer);
        redisTemplate.setHashValueSerializer(redisSerializer);
        redisTemplate.setConnectionFactory(connectionFactory);
        return redisTemplate;
    }
}

五、使用 Spring Cache 集成 Redis

Spring Cache 具备很好的灵活性，不仅能够使用 SPEL（spring expression language）来定义缓存的 Key 和各种 Condition，还提供了开箱即用的缓存临时存储方案，也支持和主流的专业缓存如 EhCache、Redis、Guava 的集成。

缓存注解

核心是三个注解：
@Cachable
@CachePut
@CacheEvict

@Cacheable

示例：

@Cacheable(value = "user", key = "#id")

根据方法的请求参数对其结果进行缓存：
Key：缓存的 Key，可以为空，如果指定要按照 SPEL 表达式编写，如果不指定，则按照方法的所有参数进行组合。
Value：缓存的名称，必须指定至少一个（如 @Cacheable (value=‘user’)或者 @Cacheable(value={‘user1’,‘user2’})）
Condition：缓存的条件，可以为空，使用 SPEL 编写，返回 true 或者 false，只有为 true 才进行缓存。

@CachePut

示例：

@CachePut(value ="user", key = "#user.id")

根据方法的请求参数对其结果进行缓存，和 @Cacheable 不同的是，它每次都会触发真实方法的调用。参数描述见上。

@CacheEvict

示例：

@CacheEvict(value="user", key = "#id")

根据条件对缓存进行清空：
Key：同上。
Value：同上。
Condition：同上。
allEntries：是否清空所有缓存内容，缺省为 false，如果指定为 true，则方法调用后将立即清空所有缓存。
beforeInvocation：是否在方法执行前就清空，缺省为 false，如果指定为 true，则在方法还没有执行的时候就清空缓存。缺省情况下，如果方法执行抛出异常，则不会清空缓存。

用缓存要注意，启动类要加上一个注解开启缓存：@EnableCaching

package com.lsh;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;

/**
 * @author ：LiuShihao
 * @date ：Created in 2021/2/1 8:41 下午
 * @desc ：
 */
@EnableCaching
@SpringBootApplication
public class SpringDataApplication {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        SpringApplication.run(SpringDataApplication.class);
    }
}

User

@Data
public class User  {
     

    private int id;

    private String name;
    
    private Integer age;

    public User(){
     
    }
    public User(int id,String name,int age){
     
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

UserService

public interface UserService {
     
    User save(User user);

    void delete(int id);

    User get(Integer id);

}

UserServiceImpl

package com.lsh.service.impl;

import com.lsh.entity.User;
import com.lsh.service.UserService;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.cache.annotation.CacheEvict;
import org.springframework.cache.annotation.CachePut;
import org.springframework.cache.annotation.Cacheable;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * @author ：LiuShihao
 * @date ：Created in 2021/2/1 9:08 下午
 * @desc ：
 */
@Slf4j
@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {
     
    private static Map<Integer, User> userMap = new HashMap<>();
    static {
     
        userMap.put(1, new User(1, "刘德华", 25));
        userMap.put(2, new User(2, "李焕英", 26));
        userMap.put(3, new User(3, "唐人街探案", 24));
    }

    /**
     * 存入缓存
     * @param user
     * @return
     */
    @CachePut(value ="user", key = "#user.id")
    @Override
    public User save(User user) {
     
        userMap.put(user.getId(), user);
        log.info("进入save方法，当前存储对象：{}", user.toString());
        return user;
    }

    /**
     * 删除缓存
     * @param id
     */
    @CacheEvict(value="user", key = "#id")
    @Override
    public void delete(int id) {
     
        userMap.remove(id);
        log.info("进入delete方法，删除成功");
    }

    /**
     * 获得缓存
     * @param id
     * @return
     */
    @Cacheable(value = "user", key = "#id")
    @Override
    public User get(Integer id) {
     
        log.info("进入get方法，当前获取对象：{}", userMap.get(id)==null?null:userMap.get(id).toString());
        return userMap.get(id);
    }
}

测试类

package com.lsh.repository;

import com.lsh.entity.User;
import com.lsh.service.UserService;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;

/**
 * @author ：LiuShihao
 * @date ：Created in 2021/2/18 9:52 上午
 * @desc ：
 */
@Slf4j
@SpringBootTest
@RunWith(SpringRunner.class)
public class RedisTest {
     
    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @Autowired
    private RedisTemplate<String, String> redisCacheTemplate;

    @Autowired
    private UserService userService;

    @Test
    public void test() {
     
        User user = new User();
        user.setId(1001);
        user.setName("张三");
        user.setBirthday("2021-02-18");
        redisCacheTemplate.opsForValue().set("userkey", user.toString() );
        String user1 = redisCacheTemplate.opsForValue().get("userkey");
        log.info("当前获取对象：{}", user1);
    }

    @Test
    public void testCaCheAdd() {
     
        User user = new User(4, "唐仁", 30);
        userService.save(user);
    }
    @Test
    public void testCaCheGet() {
     
	    User user1 = userService.get(1);
	    User user2 = userService.get(2);
	    User user3 = userService.get(3);
        User user4 = userService.get(4);
        System.out.println(user1);
        System.out.println(user2);
        System.out.println(user3);
        System.out.println(user4);
    }
    @Test
    public void testCaCheDel() {
     
        userService.delete(4);

    }

}

六、缓存和数据库数据一致性问题

分布式环境下非常容易出现缓存和数据库间数据一致性问题，针对这一点，如果项目对缓存的要求是强一致性的，那么就不要使用缓存。

我们只能采取合适的策略来降低缓存和数据库间数据不一致的概率，而无法保证两者间的强一致性。

合适的策略包括合适的缓存更新策略，更新数据库后及时更新缓存、缓存失败时增加重试机制。

七、Redis 缓存雪崩

一般缓存都是定时任务去刷新，或者查不到之后去更新缓存的，定时任务刷新就有一个问题。
举个栗子：如果首页所有 Key 的失效时间都是 12 小时，中午 12 点刷新的，我零点有个大促活动大量用户涌入，假设每秒 6000 个请求，本来缓存可以抗住每秒 5000 个请求，但是缓存中所有 Key 都失效了。

此时 6000 个/秒的请求全部落在了数据库上，数据库必然扛不住，真实情况可能 DBA（数据库管理员） 都没反应过来直接挂了。
解决方法：
处理缓存雪崩简单，在批量往 Redis 存数据的时候，把每个 Key 的失效时间都加个随机值就好了，这样可以保证数据不会再同一时间大面积失效。

setRedis（key, value, time+Math.random()*10000）;

如果 Redis 是集群部署，将热点数据均匀分布在不同的 Redis 库中也能避免全部失效。
或者设置热点数据永不过期，有更新操作就更新缓存就好了（比如运维更新了首页商品，那你刷下缓存就好了，不要设置过期时间），电商首页的数据也可以用这个操作，保险。

缓存穿透

缓存穿透是指缓存和数据库中都没有的数据，而用户（黑客）不断发起请求。
解决方案：

1. 查询返回的数据为空，仍把这个空结果进行缓存，但过期时间会比较短;
2. 布隆过滤器（Bloom Filter）: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 DB 的查询。

缓存击穿

缓存击穿，跟缓存雪崩有点像，但是又有一点不一样，缓存雪崩是因为大面积的缓存失效，打崩了 DB。
而缓存击穿不同的是缓存击穿是指一个 Key 非常热点，在不停地扛着大量的请求，大并发集中对这一个点进行访问，当这个 Key 在失效的瞬间，持续的大并发直接落到了数据库上，就在这个 Key 的点上击穿了缓存。
解决方法：

1. 设置热点数据永不过期，物理不过期，但逻辑过期(后台异步线程去刷新)。
2. 加上互斥锁：当缓存失效时，不立即去load db，先使用如Redis的setnx去设置一个互斥锁，当操作成功返回时再进行load db的操作并回设缓存，否则重试get缓存的方法。

public static String getData(String key) throws InterruptedException {
     
        //从Redis查询数据
        String result = getDataByKV(key);
        //参数校验
        if (StringUtils.isBlank(result)) {
     
            try {
     
                //获得锁
                if (reenLock.tryLock()) {
     
                    //去数据库查询
                    result = getDataByDB(key);
                    //校验
                    if (StringUtils.isNotBlank(result)) {
     
                        //插进缓存
                        setDataToKV(key, result);
                    }
                } else {
     
                    //睡一会再拿
                    Thread.sleep(100L);
                    result = getData(key);
                }
            } finally {
     
                //释放锁
                reenLock.unlock();
            }
        }
        return result;
    }

下一章

深入学习Redis_(二)淘汰策略、持久化机制、主从复制、哨兵模式等