模块十五_分布式缓存redis

序言:

文章内容输出来源：拉勾教育Java高薪训练营。
本篇文章是学习课程中的一部分课后笔记

一、缓存原理&设计

1.什么是缓存

缓存原指CPU上的一种高速存储器，它先于内存与CPU交换数据，速度很快
现在泛指存储在计算机上的原始数据的复制集，便于快速访问。

2.使用缓存的优势

• 提升用户体验
  用户体验（User Experience）：用户在使用产品过程中建立起来的一种纯主观感受。
  缓存的使用可以提升系统的响应能力，大大提升了用户体验。
• 减轻服务器压力
  客户端缓存、网络端缓存减轻应用服务器压力。
  服务端缓存减轻数据库服务器的压力。
• 提升系统性能
  系统性能指标：响应时间、延迟时间、吞吐量、并发用户数和资源利用率等。
  缓存技术可以：
  缩短系统的响应时间
  减少网络传输时间和应用延迟时间
  提高系统的吞吐量
  增加系统的并发用户数
  提高了数据库资源的利用率

3.使用缓存的代价

• 额外的硬件支出
  缓存是一种软件系统中以空间换时间的技术
  需要额外的磁盘空间和内存空间来存储数据
  搭建缓存服务器集群需要额外的服务器
  采用云服务器的缓存服务就不用额外的服务器了
  阿里云，百度云，提供缓存服务
• 高并发缓存失效
  在高并发场景下会出现缓存失效（缓存穿透、缓存雪崩、缓存击穿）
  造成瞬间数据库访问量增大，甚至崩溃
• 缓存与数据库数据同步
  缓存与数据库无法做到数据的时时同步
  Redis无法做到主从时时数据同步
• 缓存并发竞争
  多个redis的客户端同时对一个key进行set值得时候由于执行顺序引起的并发问题

4.缓存的读写模式

• Cache Aside Pattern（旁路缓存）
  最经典的缓存+数据库读写模式。
  读的时候，先读缓存，缓存没有的话，就读数据库，然后取出数据后放入缓存，同时返回响应。

cap.png

• Read/Write Through Pattern
  应用程序只操作缓存，缓存操作数据库。
  Read-Through（穿透读模式/直读模式）：应用程序读缓存，缓存没有，由缓存回源到数据库，并写入缓存。
  Write-Through（穿透写模式/直写模式）：应用程序写缓存，缓存写数据库。
  该种模式需要提供数据库的handler，开发较为复杂。

• Write Behind Caching Pattern
  应用程序只更新缓存。
  缓存通过异步的方式将数据批量或合并后更新到DB中
  不能时时同步，甚至会丢数据

二、Redis数据类型

1.Redis简介

Redis是一个Key-Value的存储系统，使用ANSI C语言编写。
key的类型是字符串。
value的数据类型有：
常用的：string字符串类型、list列表类型、set集合类型、sortedset（zset）有序集合类型、hash类型。
不常见的：bitmap位图类型、geo地理位置类型。
Redis5.0新增一种：stream类型
注意：Redis中命令是忽略大小写，（set SET），key是不忽略大小写的 （NAME name）

2.底层数据结构

数据结构.png

• RedisDB结构
  Redis中存在“数据库”的概念，该结构由redis.h中的redisDb定义。
  当redis 服务器初始化时，会预先分配 16 个数据库
  所有数据库保存到结构 redisServer 的一个成员 redisServer.db 数组中
  redisClient中存在一个名叫db的指针指向当前使用的数据库
  RedisDB结构体源码：

  
  
  DB结构.png

• RedisObject结构
  Value是一个对象，
  包含字符串对象，列表对象，哈希对象，集合对象和有序集合对象

  
  
  RedisObject结构.png

三、Redis持久化

1.RDB

RDB（Redis DataBase），是redis默认的存储方式，RDB方式是通过快照（ snapshotting ）完成的。这一刻的数据
不关注过程

rdb.png

优点
RDB是二进制压缩文件，占用空间小，便于传输（传给slaver）
主进程fork子进程，可以最大化Redis性能，主进程不能太大，复制过程中主进程阻塞
缺点
不保证数据完整性，会丢失最后一次快照以后更改的所有数据

2.AOF

AOF（append only file）是Redis的另一种持久化方式。Redis默认情况下是不开启的。开启AOF持久化后Redis 将所有对数据库进行过写入的命令（及其参数）（RESP）记录到 AOF 文件， 以此达到记录数据库状态的目的，这样当Redis重启后只要按顺序回放这些命令就会恢复到原始状态了。
AOF会记录过程，RDB只管结果

aof.png

保存模式.png

3.RDB与AOF对比

1、RDB存某个时刻的数据快照，采用二进制压缩存储，AOF存操作命令，采用文本存储(混合) 2、RDB性能高、AOF性能较低
3、RDB在配置触发状态会丢失最后一次快照以后更改的所有数据，AOF设置为每秒保存一次，则最多丢2秒的数据
4、Redis以主服务器模式运行，RDB不会保存过期键值对数据，Redis以从服务器模式运行，RDB会保存过期键值对，当主服务器向从服务器同步时，再清空过期键值对。
AOF写入文件时，对过期的key会追加一条del命令，当执行AOF重写时，会忽略过期key和del命令。