Redis深度历险笔记

Redis深度历险笔记

基础与应用

Redis基础数据结构

• 5种基础数据结构：string、list、hash（字典）、set（集合）、zset（有序集合）
• 所有数据以唯一的key字符串作为名称，通过这个唯一的key获得value
• 键值对操作
  • set key value:添加key：value键值对
  • get key：得到key对应的value
  • exists key：检查key是否存在
  • del key：删除key以及对应的value
  • mset key1 value1 key2 value2 ...：添加多个键值对
  • mget key1 key2 ...：获取多个键值对
  • expire key time：设置key有效时间，过期自动删除
  • setex key time value：set+expire，添加具有有效时间限制的键值对
  • setnx key value：如果key不存在，则创建键值对
  • incr value：如果value是整数，自增操作，增加1，最大不超过signed long
  • incrby value step：以step大小增减value，在signed long数值范围，否则报错
• list（列表）
  • 相当于Java语言的LinkedList，双向链表，实际上其是一个“快速链表”（quicklist）的一个结构
    • 快速链表内部由一个个压缩列表（ziplist）串起来，压缩列表使用连续内存存储列表元素，这样就相当于结合了链表和数组
    • 优点：
      • 元素查找相比传统列表更快
      • 插入删除性能也没有收到太大的影响
      • 减轻内存碎片化
  • 通常用来做异步队列使用。将需要延后处理的任务结构体序列化成字符串，塞进Redis的列表，另一个线程从这个列表中轮询数据进行处理。
  • rpush key element1 element2 ...：在名为key的列表右端加入元素
  • lpush key element1 element2 ...
  • lpop key：从链表左端弹出元素，相当于先入先出FIFO
  • rpop key：从链表右端弹出元素，相当于先入后出，栈
  • lindex key index：从名为key的链表遍历到下标为index的元素
  • lrange key start end：提取key链表中[start，end]范围内的元素
  • ltrim key start end：去除key链表中[start,end]范围之外的两端元素，可以实现一个定长链表
• hash（字典）
  • 相当于Java中的HashMap，无序字典，内部存储很多键值对
  • 结构上与Java一致，数组+链表，当产生Hash碰撞时，即会将碰撞的元素使用链表串接起来
  • 不同的是，Redis的字典值只能存取字符串，Java的rehash是个耗时操作，需要一次性全部rehash（发生在扩容的时候），Redis为了高性能，不能阻塞服务，采用渐进式rehash策略，在rehash时保留新旧两个hash结构，查询时，同时查询两个结构，当rehash结束，采用用新的hash结构替代老的结构
  • hash结构可以用来存储用户信息，可以对用户结构中的每个字段单独存取
  • 缺点：存储消耗高于存储单个字符串
  • hset hash_name key "value"：不加引号的话，如果alue中含有空格，会自动分隔成多个value
  • hgetall hash_name：获得hash_name字典名中的所有内容
  • hlen hash_name：获得hash_name字典中key的个数
  • hget hash_name key：获得字典中指定key下的元素
  • hmset hash_name key1 "value1" key2 "value2" ...：增加多个key及对应元素
  • hincrby hash_name key step：如果hash_name中key对应的value为数字，可以执行增减step操作
• Set（集合）
  • Redis中的Set相当于Java中的HashSet，内部的键值对是无序的、唯一的，内部的实现相当于一个字典，字典中的所有value都是NULL
  • sadd key value1 value2 ...：为指定key添加1个或多个值
  • smembers key：列出key中的值
  • sismember key value：检测value是否在key对应的集合中
  • scard key：统计key集合中的value个数
  • spop key：随机弹出一个集合中的value
• zset（有序列表）
  • 类似于Java中的SortedSet和HashMap的结合体，内部实现用的是一种“跳跃列表”的数据结构
  • 为集合中的每个value赋予一个score，代表这个value的排序权重
  • zadd key score value：在key集合中添加权重为score的value
  • zrange key start end：根据score排序的结果（从小到大）
  • zrevrange key start end：根据score排序的结果（逆序，从大到小）
  • zcard key：统计key集合中的value个数
  • zscore key value：得到key集合中value的score
  • zrank key value：得到key集合中value的rank
  • zrangebyscore key low_score high_score：key集合中权重在[low_score,high_score]中的value，可以使用inf
  • zrem key value：删除key集合中的value
• 通用规则
  • 容器型数据结构，1、不存在则创建；2、没有元素就自动删除
• 过期时间
  • 过期时间以对象为单位，一个hash结构的过期是整个hash对象的过期
  • 设置完过期时间的对象，再次设置时可能改变过期设置

分布式锁

• 多用户同时操作时可能出现数据冲突问题，因为读取和保存状态不是原子操作，不加控制的执行可能导致数据出错
• setnx(set if not exists)：设置锁，del删除锁
• 死锁：如果设置完锁之后，在del之前出现异常，则会陷入死锁，锁永远得不到释放
• 死锁处理办法：在拿到锁之后，为锁设定一个过期时间，保证出现异常之后，经过指定时间，锁也能得到释放
  • 如果设置过期时间时，服务器宕机，导致expire得不到执行，也会造成死锁
  • setnx和expire一起执行：set lockname value ex time nx
• 超时问题：如果加锁和释放锁之间逻辑执行耗时超过为锁设定的过期时间，则为执行完的逻辑不能得到严格串行执行
  • 稍微安全的做法：set指定的value设定为一个随机数，释放锁时先匹配随机数是否一致，然后再删除key，可以确保当前线程占有的锁不会被其他线程释放，除非这个锁是因为过期而被服务器释放的
  • 但是匹配value和删除key不是一个原子操作，Lua脚本可以实现多个指令的原子性执行
  • 没有解决问题，如果真的超时了，当前逻辑没有执行完，其他线程也会乘虚而入
• 可重入性：线程在持有锁的情况下，可以再次加锁

延时队列

• 异步消息队列
  • 通过list实现，队列消息空了，需要让线程sleep，不然客户端会不断尝试pop数据，造成空轮询，消耗资源
• 睡眠会导致消息延迟增大，缩短睡眠时间会降低延迟，但这样也就越来越接近空轮询
• 阻塞读：blpop和brpop，b代表blocking，阻塞读在队列没有数据的时候会立即进入睡眠状态，一旦数据到来，则立刻醒过来。
• 空闲连接自动断开：客户端闲置过久，服务器一般会主动断开连接，此时blpop/brpop抛出异常，需要对此进行处理
• 锁冲突处理：加锁未成功怎么处理？
  • 直接抛出异常，通知用户稍后重试
  • sleep一会儿，然后再重试
  • 将强求转移至延时队列，过一会再试
• 延时队列实现
  • 通过zset实现，将消息作为zset的value，到期处理时间未score，多线程轮询zset获取到期的任务进行处理（多线程保障可用性，某线程挂了，还有其他线程可以处理，多线程需要考虑并发争抢任务，使用zrem，根据删除的返回值确定是否拿到消息）
  • 使用lua进行原子化操作，避免争抢任务的浪费

位图

• 不是特殊的数据结构，其内容是普通的字符串，byte数组，超过范围自动扩展
• setbit key index 1/0：设置key对应value在index位上的值
• getbit key index：获得某个具体位置的值0/1
• bitcount key：统计key的value的二进制中1的个数
• bitcount key start end：[start,end]范围的字符的二进制中1的个数
• bitpos key 0：第一个0位
• bitpos key 1：第一个1位
• bitpos key 0/1 start end：从[start,end]范围的字符start开始，第一个0/1位
• bitfield key get u4 index：从key的value的第index+1位开始，取4个位，结果为无符号数
• bitfield key get i4 index：从key的value的第index+1位开始，取4个位，结果为有符号数
• bitfield key set u8 8 97：将key的value的第9位开始，将接下来的8位用无符号数97代替
• bitfield key incrby u4 index 1：从第index+1位开始，对接下来的4位无符号数加1
  • incrby可能溢出，三种处理方式（wrap：折返，最大变最小；fail：失败；sat：饱和截断）

HyperLogLog

• 提供不精确的去重计数方案，标准误差是0.81%
• pfadd key value：与sadd用法一致，添加value
• pfcount key：与scard用法一致，获取计数值
• pfmerge：合并多个pf计数值
• 缺点：需要额外占用12kb空间（与内部数学原理分桶有关）

布隆过滤器

• 解决去重问题，节约空间，有一定的误判概率
• 可以准确的确定元素是否不在集合中，但是部分不在集合中的元素会被认为已经加入集合（误判）
• bf.add
• bf.exists
• bf.reserve显示创建布隆过滤器，可以设置key、error_rate、initial_size
• 原理：大型的位数组+几个不一样的无偏的hash函数

简单限流

• 限制一段时间用户的访问量，用时间窗口，通过zset实现，以时间为score，每次更新删除有效score的范围之外的访问，并计算当前的访问量，如果当前的访问量已经达到最大允许，则不允许新的访问

漏斗限流

• 根据漏斗模型，如果漏斗嘴流水速率小于灌水的速率，就要等待漏斗具有足够的空间再进行灌水
• 将漏斗模型中需要的字段（比如流水速率，剩余空间，上一次放水时间等）放入Hash结构中，单数hash结构取值和回填无法保证原子性，需要适当的加锁控制，但是加锁也有可能失败，失败的话又要选择重试或者放弃。
• Redis-Cell：限流Redis模块，使用漏斗算法，提供原子的限流指令
• cl.throttle key capacity rate [need-elem]
• 例如cl.throttle laoqian:reply 15 30 60 1：用户老钱回复行为的频率为每60s最多30词，速率分成了2个参数，漏斗初始的容量为15，至少有1条回复

GeoHash

• 地理位置Geo模块
• 应对问题：高并发场景下，在数据库中查询矩形区域算法（根据坐标查找附近矩形区域的目标）性能有限
• 地理位置距离排序算法GeoHash，其将二维数据映射到一维，一维上相近的点，空间距离也近
  • 将二维平面切分（可以分成四块，确定目标数据所在的方块，进行编码，例如00（左上）、01（右上）、10（左下）、11（右下）），不断往下切分，切分的块将越来越接近目标，拼接得到的编码可以用来计算距离
• geohash内部采用普通的zset结构实现
• geoadd set-name 经度 纬度 地址名
• geodist set-name 地址1 地址2 距离单位
• geopos set-name 地址：返回的结果与输入有些许误差，因为输入时二维转一维损失了部分精度
• geohash setname 地址：获取地址对应的经纬度转换后，在集合中保存的编码字符串
• georadiusbymember set-name 地址 距离 距离单位 返回结果的数量限制 结果排序方式：查询指定元素附近的其他元素
  • withcoord
  • withdist：显示距离
  • withhash
• georadius：根据坐标查询附近的元素

scan

• 如何从海量的key中找出满足特定前缀的key列表
• keys 正则表达式字符串：根据正则表达式的要求，过滤出满足条件的key
  • 没有offset、limit参数，满足条件的key过多，将会全部输出
  • 是一种遍历算法，复杂度O(n)，因为Redis是单线程程序，顺序执行所有指令，如果key非常多，则非常耗时，导致服务卡顿
• scan相比keys优点
  • 复杂度依然O(n)，但是其通过游标分步进行，不会阻塞线程
  • 提供limit参数，可以控制每次返回结果的最大条数，limit只是一个hint，返回的结果可多可少
  • 和keys一样，提供模式匹配功能
  • 服务器不需要为游标保存状态，游标的唯一状态就是scan返回给客户端的游标整数
  • 遍历的过程中，如果有数据修改，改动后的数据能不能遍历到是不确定的
  • 单次返回的结果是空的并不意味着遍历结束，而要看返回的游标值是否为零
• scan 游标 match 正则字符串 count 数量
• scan的遍历顺序不是从第一维的散列数组的第0位开始，而是采用高位进位加法的方式，根据位掩膜遍历所有的槽
• 高位进位加法的遍历顺序保证扩容缩容的重复遍历（缩容时可能在某个槽位上的元素重复遍历）
• 由于渐进式rehash，scan需要同时扫描新旧槽位，将结果融合后返回
• 针对指定容器的遍历：zscan、hscan、sscan
• 大key扫描
  • 如果Redis实例中形成了很大的对象，这个大key将会导致数据迁移卡顿，扩容、删除等操作也会造成卡顿
  • 尽量避免大key的产生
  • redis-cli中提供 --bigkeys 扫描

原理

线程I/O模型

• Redis是单线程程序
• 所有的数据都在内存中，所有的运算都是内存级别的运算
• 高并发实现：多路复用（IO多路转接）
  • 使用非阻塞IO
  • 事件轮询（select、poll、epoll、kqueue，Java中的NIO）
  • 指令队列：客户端的指令先到先服务，顺序处理
  • 响应队列：将指令的返回结果回复给客户端
  • 定时任务：定时任务记录在一个“最小堆”结构中，将最快要执行的任务排在堆的最上方，将最快要执行的任务还需要的时间记录下来，这个时间就是select系统调用中的timeout参数（也就是执行系统调用时，将这部分耗时与定时任务结合起来）

通信协议

• Redis作者认为数据库系统的瓶颈一般不在于网络流量，而在于数据库自身内部的逻辑处理上
• RESP（Redis Serialization Protocol）：Redis序列化协议
  • 实现简单，解析性好
  • 单元结束统一加上\r\n
  • 单行“+”开头、多行“$”开头，后跟字符串长度
  • 整数值以":"开头，后跟整数的字符串形式
  • 错误消息以“-”开头
  • 数组以“*”开头，后跟数组长度：\*3\r\n:1\r\n:2\r\n:3\r\n
  • NULL：$-1\r\n
  • 空行：$0\r\n\r\n（两个\r\n之间隔的是空行）
• 客户端->服务器：发送多行字符串数组
  • 例如：*3\r\n$3\r\nset\r\n$6\r\nauthor\r\n$8\r\ncodehole\r\n
    • set author codehole
• 服务器->客户端：多种响应的组合

持久化

• 防止突然宕机，内存中的数据丢失
• 两种持久化方式：快照、AOF日志
• 快照
  • 一次数据全量备份，二进制序列化形式，存储上非常紧凑
  • 使用多进程的写时拷贝COW（copy on write）机制实现持久化，所以父进程的数据改变，持久化的内容也会相应改变
  • 子进程做数据持久化，不会修改现有内存数据结构，它只是对数据结构进行遍历读取，然后序列化写到磁盘中
  • 当父进程对数据段的一个页面进行修改时，会将被共享的页面复制一份出来
• AOF日志
  • 连续的增量备份，记录的是内存数据修改的指令记录文本，长期运行AOF会变得无比巨大，需要定期重写，瘦身
  • 通过对AOF指令重放，恢复内存数据结构的状态
• AOF重写
  • Redis提供了bgrewriteaof指令用于对AOF日志文件进行瘦身
  • 原理就是开辟一个子进程对内存进行遍历，转换成一系列Redis的操作指令，序列化到一个新的AOF日志文件中，序列化完毕之后，再将新的增量AOF日志追加到新的AOF文件中
• fsync
  • 写操作的内容是写到内存缓冲中的，将数据刷回磁盘的过程中，服务器宕机会造成日志丢失
  • fsync指定文件fd的内容强制刷到磁盘，也就是冲洗，IO操作是一个耗时操作，所以Redis通常默认是每个1s执行一次fsync
• 运维
  • 通常有Redis的从节点执行持久化操作，这样不增加主节点的负担
  • 如果从节点长期连不上主节点，就会出现数据不一致的情况
    • 需要实时监控
    • 多增加从节点，降低网络分区（造成无法访问主节点）的概率
• Redis混合持久化
  • 很少用rdb（快照）来恢复内存状态，因为会丢失大量数据
  • 通常使用AOF日志重放
  • 混合：rdb文件的内容和增量的AOF日志文件组合，AOF不再是全量的日志，而是持久化开始到持久化结束这段时间发生的增量AOF日志

管道

• 技术本质上由Redis客户端提供，跟服务器没有什么直接的关系
• 管道将多个操作合并，消耗一次网络，节省IO时间

事务

• 确保连续多个操作的原子性
• begin、commit、rollback分别对应Redis的multi、exec、discard
• 所有的指令在exec之前不执行，而是缓存在服务器的一个事务队列中
• Redis的事务不具备原子性，仅仅满足事务的“隔离性”中的串行化
• watch：乐观锁
  • 分布式锁：悲观锁
  • Redis会检查关键变量自watch之后是否被修改了，如果被修改，则返回NULL，告知事务执行失败
  • watch不能在multi和exec之间

PubSub

• Redis消息队列的不足：不支持消息的多播机制
• PubSub（publisher subscriber发布者/订阅者模式）
• 消费者使用listen阻塞监听消息
• 模式订阅Pattern Subscribe：订阅多个主题
• 缺点：
  • 生产者传递来一个消息，Redis会立刻将消息向消费者发送，如果没有消费者，那么这个消息直接被丢弃
  • Redis停机重启，PubSub消息无法恢复

小对象压缩

• 如果使用32bit编译，内部所有的数据结构所使用的指针空间占用会少一半
• 小对象压缩存储（ziplist）
  • ziplist是一个紧凑的字节数组结构
• 内存回收机制
  • 操作系统以页作为单位回收数据，但是Redis的key可能是保存在多个页上的，而由于页上还有其他key，所以系统不会立刻回收资源
  • flushdb删除所有数据，系统基本会立刻回收（emmm，这操作。。。）
  • 虽然系统没有回收数据，但是Redis可以使用它删除了的内容占有的位置
• 内存分配算法
  • 使用第三方库jemalloc（facebook）来管理内存，也可以切换到tcmalloc（google）

集群

主从同步

• 从节点作为主节点宕机的备用
• CAP原理
  • C：Consistent 一致性
  • A：Avaliabilty 可用性
  • P：Partition tolerance 分区容忍性
  • 当网络分区发生时（也就是不同节点的网络通信被阻断），一致性和可用性两难全
• 最终一致
  • Redis主从数据是异步同步的，所以分布式Redis不满足一致性要求
  • 即使主从节点断开，Redis依然对外提供修改服务，所以Redis满足可用性
  • Redis保证最终一致性，从节点努力追赶主节点
• 主从同步和从从同步
• 增量同步
  • 将指令流发送给从节点，从节点一边接收指令一边执行，将同步的进度（偏移量）进行反馈
  • 为了节约指令流缓存占用的内存，内部使用环形数组保存待发送的指令流，如果数组满了，从数组的头部开始覆盖，如果主从网络出现问题或者从节点执行太慢，从节点未执行的指令被覆盖，则无法再通过指令流同步
• 快照同步
  • 主节点使用快照备份数据，将数据发送给从节点，从节点接收并加载数据，之后进行增量同步
  • 由于快照同步过程中，主节点的复制buffer还在不断向前移动，如果快照同步时间过长或者复制buffer太小，则增量指令可能会被覆盖，导致从节点开启增量同步失败，又重新快照同步，造成快照同步死循环
• 增加从节点
• 无盘复制
  • 直接通过套接字将快照内容发送到从节点，生成快照是一个遍历的过程，主节点一边遍历内存，一边将序列化的内容发送到从节点
• wait指令
  • 让异步复制变身同步复制，确保系统的强一致性（不严格）
  • wait 节点数 等待时间：如果等待时间为0，则一直等待

Sentinel（哨兵）

• Redis Sentinel集群可以看作一个Zookeeper集群，是一个集群高可用心脏
• 负责监控从节点的健康，当主节点宕机，自动选择一个最优的从节点切换成主节点
• 客户端连接集群时，首先连接Sentinel，通过Sentinel查询主节点的地址
• 消息丢失
  • 主节点宕机时，从节点可能没有收到全部同步消息，未同步的消息就丢失了
• Sentinel用法
  • discover_xxx发现主从地址（discover_master）
  • xxx_for从连接池拿出一个连接使用

Codis

• 单个Redis的内存不宜过大，内存太大导致rdb文件过大
• Redis集群方案将众多小内存的Redis实例整合起来，完成海量数据的存储和高并发读写操作
• Codis负责将客户发来的指令转发到后面的Redis实例来运行
• Codis是无状态的，是一个转发代理中间件，可以启动多个Codis供客户端使用，每个Codis节点是对等的
• Codis分片原理
  • 将所有的key划分为1024个槽位（可以设置）
  • 多客户端传来的key进行crc32运算计算hash值
  • 将hash值对1024进行取模运算，得到的余数就是对应的槽位
  • 每个槽位都会唯一的映射到后面的Redis实例，Codis在内存中维护槽位和Redis实例的映射关系
• 不同的Codis实例之间的槽位关系如何同步
  • 如果槽位映射关系只存储在内存中，则不同的Codis实例之间的槽位关系就无法得到同步，需要持久化槽位关系
  • Codis将槽位关系存储在Zookeeper中，提供一个Dashboard观察和修改槽位关系，Codis Proxy监听变化，并重新同步槽位关系
• 扩容
  • 一开始1024个槽全部指向同一个Redis，如果Redis内存不足，则增加Redis实例，这时候需要将一半槽位划分到新节点，需要对这一半的槽位对应的所有key进行迁移
  • Codis对Redis进行了改造，增加了SLOTSSCAN指令，可以遍历指定slot下的所有key
  • 迁移过程中，如果接收到新的请求（正在迁移的服务器），会立即强制对当前请求的key进行迁移，迁移完成后，将请求转发到新的Redis实例
• 自我均衡
  • 自动均衡会在系统比较空闲的时候观察每个Redis实例对应的slot数量，如果不平衡，自动进行迁移
• Codis代价
  • 因为所有key分散在不同的Redis实例中，所以不再支持事务，事务只能在单个实例中完成
  • 单个key的value不宜过大
  • 增加Proxy作为中转层，网络开销要比单个Redis大
  • 集群配置中心使用zookeeper实现，增加了zookeeper运维代价
• 优点
  • 比官方集群简单
• mget：批量获取多个key

Cluster

• 将所有数据划分为16384个槽位，每个节点负责其中一部分槽位
• 槽位的信息存储与每个节点中，不像Codis，不需要另外的分布式存储空间来存储节点槽位信息
• 当Redis Cluster的客户端来连接集群时，也会得到一份集群的槽位配置信息。当客户要查找某个key时，可以直接定位到目标节点
• 槽位定位算法
  • 默认对key使用crc16算法进行hash，对16384取模得到具体槽位
  • 允许强制将某个key放到特定槽位上
• 跳转
  • 当客户端像一个错误的节点发出了指令后，该节点向客户端发送一个特殊的跳转指令，告诉客户端去指定节点获取数据
  • MOVED 槽位编号 目标节点地址
• 迁移
  • redis-trib可以让运维人员手动调整槽位的分配情况
  • 提供自动化平衡槽位工具
  • Redis迁移的单位是槽，当一个槽正在迁移时，这个槽处于中间过渡状态
    • 源节点状态为migrating
    • 目标节点状态为importing
    • redis-trib首先设置两节点的状态，然后一次性获取源节点槽位的所有key列表，在挨个key进行迁移，迁移结束，源节点删除对应key内容
    • 迁移过程是同步的，源节点处于阻塞状态，知道key删除
• 容错
  • 为主节点设置若干从节点
• 网络抖动
• 可能下线与确定下线
  • 去中心化，一个节点认为某个节点失联了并不代表所有节点都认为它失联了，集群需要一次协商的过程
• 槽位迁移感知
  • MOVED
  • ASKING
• 集群变更感知

拓展篇

Stream

• 支持多播的可持久化消息队列
• 简述
  • Stream消息队列实现了可持久化，消息内容比较安全。其上的消息通过链表的结构串接起来，使用消息消费组去消费消息，消费组内部的消费组之间存在竞争关系，消费组只会消费消息一次，具体内部由哪个消费者消费，只会让最快响应的消费者处理消息。另外，消费组从哪一个消息位置消费，需要利用last_delivered_id进行标记。还有，抢到消息的消费者有可能突然宕机，没能处理消息或者没能返回ack（确认信息），那么我们不能确保这个消息已经被正常消费，需要将这个未能确认的状态记录下来，这里使用PEL，确保客户端至少消费消息一次
• 每个Stream具有唯一的名称，就是Redis中的key，首次使用xadd指令时自动创建
• 每个Stream都可以挂多个消费组，每个消费组会有个游标last_delivered_id，表示当前消费组已经消费到哪条消息了
• 每个消费组都有一个Stream内的唯一的名称，消费组不会自动创建，需要单独的指令xgroup create创建，指定从Stream中的某个消息ID开始消费
• 消费组之间的状态独立，同一份Stream内部的消息会被每个消费组都消费到
• 同一个消费组可以挂接多个消费者，这些消费者之间是竞争关系，任何一个消费者读取了消息都会使游标往前移动
• 消费者内部有一个状态变量pending_ids，记录当前已经被客户端读取，但是还没有ack的消息，如果没有ack，这些状态加入PEL（pending entries list），确保客户端至少消费了消息一次
• 消息ID：可以服务器自动生成，也可以由客户端指定，必须是“整数-整数”，后面加入的消息比前面的大
• 消息内容：键值对
• 增删改查
  • xadd
  • xdel
  • xrange
  • xlen
  • del
• 独立消费 xread
• 创建消费组 xgroup create
• 消费
• Stream消息过多：可以设置定长Stream功能
• 消息如果忘记ack：PEL列表将会不断增长
• PEL如何避免消息丢失：PEL记录了已经发送的ID，根据ID重发消息
• Stream高可用：在Sentinel和Cluster集群下，Stream支持高可用。但由于Redis的指令复制是异步的，在failover发生时，可能丢失极小部分数据
• 分区partion
  • 不支持原生分区能力，通过分配多个Stream模拟

info指令

• 显示Redis状态
• Server
• Clients：客户端相关信息
• Memory：服务器运行内存统计数据
• Persistence：持久化信息
• Stats：通用统计数据
• Replication：主从复制相关信息
• CPU
• Cluster：集群信息
• KeySpace：键值对统计数量信息

再谈分布式锁

• 集群中的分布式锁，如果主机点申请成功了一把锁，但这把锁还没有同步到从节点，此时主节点宕机，从节点变成主节点，丢失了锁
• 解决：使用Redlock算法，加锁时，将超过一半的节点加锁成功，此时才算加锁成功，释放锁时，向所有节点发送del指令（大多数机制，投票机制）

过期策略

• 过期的key集合
  • 将过期的key放入一个独立的字典中，定时遍历这个字典来删除到期的key，还利用惰性删除（只要下一次访问已经删除的元素，就立即删除）
• 定时扫描
• 从节点的过期策略
  • 主节点在key到期时，会在AOF文件里增加一条del指令，同步到所有从节点，从节点通过执行del指令来删除过期的key

LRU

• 当Redis内存超过物理内存限制，内存数据会开始与磁盘产生频繁的交换，降低Redis性能
• maxmemory限制最大内存
• 当内存超过maxmemory
  • noeviction：不允许继续服务写请求，读请求继续进行
  • volatile-lru：尝试淘汰设置了过期时间的key，最少使用的key优先被淘汰
  • volatile-ttl：与上面一样，但是淘汰策略不是lru，而是比较key的剩余寿命ttl的值，越小越先淘汰（优先淘汰最快要过期的key）
  • volatile-random：随机淘汰设置了过期时间的key
  • allkeys-lru：最少使用的key优先被淘汰（针对全体key，没有设置过期时间的key也会被淘汰）
  • allkeys-random：随机淘汰key
• Redis使用近似LRU算法
  • 采用随机采样法来淘汰元素，在现有字段上增加了最后一次被访问的时间戳字段
  • 使用懒惰处理，当内存超过maxmemory，执行LRU，直到内存满足要求
  • 例如随机采样5个key（可以设置），淘汰掉最旧的key（不同设置，采样集合不同）

懒惰删除

• Redis为什么采用懒惰删除？
  • 如果单个key是个非常大的对象，删除操作会导致单线程卡顿
  • 使用unlink key，对删除操作懒处理，丢给后台线程来异步回收内存
• flush
  • Redis提供的flushdb和flushall指令，用来清空数据库
  • flushall async：异步处理清除指令，由后台线程慢慢处理
• 异步队列
  • 主线程将对象的引用从“大树“中摘除后，将这个key的内存回收操作包装成一个任务，塞进异步任务队列，后台从这个队列中取任务
  • 必须是一个线程安全的队列
• AOF Sync也很慢
  • AOF Sync操作的线程是一个独立的异步线程，和懒惰删除线程不是一个线程
• 更多异步删除点
  • 很多删除点也可以使用异步删除机制

Jedis

• Jedis连接池-JedisPool
• Jedis不是线程安全的

保护Redis

• 指令安全
  • Redis在配置文件中提供了rename-command指令将某些危险的指令修改成特别的名称，用来避免人为误操作。
  • 将指令rename成”“，将导致这条指令无法在Redis中执行了
• 端口安全
  • Redis默认监听6379，如果当前服务器有外网ip，Redis服务将会直接暴露在公网上
  • 可以在配置文件中指定监听的IP地址
  • 可以增加Redis的密码访问机制
• Lua脚本安全
• SSL代理
  • spiped

Redis安全通信

• Redis本身并不支持SSL安全连接，需要借助SSL代理软件，让通信数据得到加密
• spiped

源码篇

字符串

字典

压缩列表

快速列表

紧凑列表

基数树

LFU与LRU

懒惰删除的巨大牺牲

深入字典遍历