关于Redis的一些常识

引用

http://www.searchdatabase.com.cn/showcontent_70423.htm

开源项目SpringSide发起人肖桦（@江南白衣Calvin）在动手试用了Redis数据库一周之后，总结了一些关于Redis的常识，在这里分享给大家。
　　1. Overview
　　1.1 资料
《The Little Redis Book》最好的入门小册子，可以先于一切文档之前看，免费版，会不时更新。
Redis 命令中文版
作者的微博
NoSQL Fan里的Redis分类
《Redis Cookbook》(O'Reilly Media, 2011)
《Redis in Action》MEAP版，只有放出来的第一章。
关于Redis的一些常识
　　1.2 优缺点
非常非常的快, 有测评说比Memcached还快。
丰富的数据结构，超越了一般的Key-Value数据库，组合使用各种结构，限制Redis用途的只会是你自己的想象力， Redis在互联网上的11种常见用例。
因为是个人作品，Redis的代码量也就1万行左右，大多选择了比较Simple的做法，使得普通公司而不是文艺公司也可以吃透它。
作者认为Redis 2.6版已经成熟，2013年的精力会放在HA和Scalable上，也就是Redis-Sentinel和Redis-Cluster了。
　　1.3 八卦
作者是意大利的Salvatore Sanfilippo(antirez)，又是VMWare大善人聘请了他专心写Redis。
antirez和我一样不喜欢搞什么咨询服务，所以Commercial Support是不会有了。
默认端口6379，是手机按键上MERZ对应的号码，意大利歌女Alessia Merz是antirez和朋友们认为愚蠢的代名词。
　　2. 数据结构
　　2.1 Key
Key 可以是任意类型,最后都存成byte[]
Key 不能太长，比如1024字节，但作者也不追求太短，要表达清楚意思才好，作者建议用":"分隔表名，用"."作为单词间的连接。
KEYS显示所有的key，支持通配符 "KEYS a*" , "keys a?c"，但不建议在生产环境大数据量下使用。
SORT，对集合按数字或字母顺序排序后返回，或者存到另一个List，还可以关联到外部Key等。因为会耗用CPU，有时会安排到slave上执行。
EXPIRE/EXPREAT/PERSIST/TTL/，关于Key超时的操作，默认以秒为单位，也有p字头的以毫秒为单位的版本。
其他命令： EXISTS，DEL，RENAME/RENAMENX(仅当new key不存在时)，MOVE/MIGRATE(实例内从此db到彼db/从此实例到彼实例)，RANDOMKEY，TYPE/Object(Key的类型/对象编码类型，空置时间)，DUMP/RESTORE(value值的持久化)
　　2.2 String
　　最普通的key-value，除了支持最基本的get/set， Redis也很喜欢添加一些简便的指令，在服务端做起来是举手之劳，客户端便方便很多。
incr/decr/incrby/incrbyfloat， 如果key还不存在时创建key并设原值为0。
setEx/pSetEx， Set + Expire 的简便写法,p字头以毫秒为单位。
setNx， key不存在时才put进去。
getset， 设置新值，返回旧值。
mget/mset/msetex， 一次get/set多个key。
getbit/setbit/bitop/bitcount bitmap玩法，比如统计今天的访问用户，每个用户有一个offset，今天进来的话就把那个位为1。
append/setrange/getrange，只对特定的数据格式比如字段定长的有用，json格式就没用。
　　2.3 Hash
　　Key-HashMap结构，相比2.2中的JSON格式Value，可以只读取/更新对象的某些属性，有些属性超长就让它一边呆着不动。。
　　另一个用法是用来建索引。比如User对象，除了id有时还要按name来查询，可以建一个Key为user:index:name的Hash，在插入User对象时(set user:101 {"id":101,"name":"calvin"})， 顺便往这个hash插入一条(hset user:index:name calvin 101)，这时calvin作为hash里的一个key，值为101。按name查询的时候，用hget user:index:name calvin 就能从名为calvin的key里取出id。
　　2.4 List
　　Redis里可以当双向链表来用，还提供blocking版本的pop函数，可以当Message Queue来用。
　　不过List并没有JMS的ack机制，如果消费者把job给Pop走了又没处理完就死机了怎么办? 解决方法之一是加多一个sorted set，以分发时间为score，用户把job做完了之后要去消掉它。
　　除了List标准的双向POP/PUSH外，还支持对队列内容的直接操作，比如LREM/LSET/LINSERT/LINDEX。
　　另外经常用LTRIM限制List的大小，比如只保留最新的20条消息。LRANGE不同于POP直接弹走元素，只是返回列表内一段下标的元素。LLEN获取列表的长度。
　　2.5 Set
　　Set就是Set，还提供一些交集，并集，差集的集合操作。
　　2.6 Sorted Set
　　有序集，元素放入集合的时候要同时提供该元素的分数。
ZRANGE/ZREVRANGE 按排名的上下限返回元素，正数与倒数。
ZRANGEBYSCORE/ZREVRANGEBYSCORE 按分数的上下限返回元素，正数与倒数。
ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE 按排名/按分数删除元素。
ZCOUNT 统计分数上下限之间的元素个数。
ZRANK/ZREVRANK 显示某个元素的正倒序的排名。
ZSCORE/ZINCRBY 显示元素的分数/增加元素的分数。
ZADD/ZREM/ZCARD/ZINTERSTORE/ZUNIONSTORE 集合操作与SET相同，少了个差集的操作。
　　2.7 事务
　　用Multi/Exec/Discard实现， 隔离级别是这边事务一天不提交，那边另一个事务还是看到旧的值。 还有个Watch指令，起到CAS的效果，如果事务提交时，Key的值已被别的事务改变，事务会被打断。
　　2.8 Lua Script
　　Redis2.6内置的Lua Script支持，可以在Redis的Server端一次过运行大量逻辑。
整个Script默认是在一个事务里的。
Script里涉及的所有Key尽量用变量，从外面传入，使Redis一开始就知道你要改变哪些key。
EVAL每次传输一整段Script比较费带宽，可以先用SCRIPT LOAD载入script，返回哈希值。然后用EVALHASH执行。
内置的LUA库里还很贴心的带了CJSON，可以处理JSON字符串。
　　3. 性能
速度太快了，用光了带宽也测不出极限。如果是本地socket直连，incr可以去到很吓人的几十万TPS。
普通的get/set操作，经过了LAN，延时也只有1毫秒左右，可以放心使用，不用像调用REST接口和访问数据库那样，多一次外部访问都心痛。
自带的redis-benchmark默认只是基于一个很小的数据集进行测试，但可调整命令行参数如 redis-benchmark -r 10000000 -n 10000000 -d 128 -t SET,GET 就可以默认开50条线程，SET 6M条左右(random)key是21字节长，value是128字节长的数据进去, 再GET出来。
如果要一次发送多条指令，PipeLining模式能让性能更快，因为它在设计上正视了网络往返的时间。
更快的是Lua Script模式，还可以包含逻辑，直接在服务端又get又set的 (见2.8 Lua Script)。
单线程单CPU架构，但作者认为CPU不是瓶颈，内存与网络带宽才是。
发现执行缓慢的命令，可配置执行超过多少时间的指令算是缓慢指令(默认10毫秒，不含IO时间)，可以用slowlog get 指令查看(默认只保留最后的128条)。单线程的模型下，某个请求占掉10毫秒是件大事情。
　　4. 容量
　　最大内存：
一定要设置最大内存，否则物理内存用爆了就会大量使用Swap，写RDB文件时的速度慢得你想死。
多留一倍内存是最安全的。重写AOF文件和RDB文件的进程(即使不做持久化，复制到Slave的时候也要写RDB)会fork出一条新进程来，采用了操作系统的Copy-On-Write策略(如果父进程的内存没被修改，子进程与父进程共享Page。如果父进程的Page被修改, 会复制一份改动前的内容给新进程)，留意Console打出来的报告，如"RDB: 1215 MB of memory used by copy-on-write"。在系统极度繁忙时，如果父进程的所有Page在子进程写RDB过程中都被修改过了，就需要两倍内存。
按照Redis启动时的提醒，设置 vm.overcommit_memory = 1 ，使得fork()一条10G的进程时，因为COW策略而不一定需要有10G的free memory.
当最大内存到达时，按照配置的Policy进行处理， 默认policy为volatile-lru， 对设置了expire time的key进行LRU清除(不是按实际expire time)。如果沒有数据设置了expire time或者policy为noeviction，则直接报错，但此时系统仍支持get之类的读操作。 另外还有几种policy，比如volatile-ttl按最接近expire time的，allkeys-lru对所有key都做LRU。
原来2.0版的VM(将Value放到磁盘，Key仍然放在内存)，2.4版后又不支持了。
　　内存占用：
测试表明，stirng类型需要90字节的额外代价，就是说key1个字节，value一个字节时，还是需要占用92字节的长度，而上述的benchmark的记录就占用了239个字节。
用make 32bit可以编译出32位的版本，每个指针占用的内存更小，但只支持最大4GB内存。
　　Sharding：
Jedis支持在客户端做分区，局限是不能动态re-sharding， 有分区的master倒了，必须用slave顶上。要增加分区的话，呃.....
Redis-Cluster是今年工作重点，支持automatic re-sharding， 采用和Hazelcast类似的算法，总共有N个分区，每台Server负责若干个分区。客户端先hash出key 属于哪个分区，然后发给负责这个分区的Server。Re-sharding时，会将某些分区的数据移到新的Server上，然后各Server周知分区<->Server映射的变化，因为分区数量有限，所以通讯量不大。 在迁移过程中，原server对于已经迁移走的数据的get请求，会回一个临时转向的应答。
　　5. 高可用性
　　5.1 持久化
　　综述： 解密Redis持久化(中文概括版)，英文原版
　　RDB文件：
整个内存的压缩过的Snapshot，RDB的数据结构, 可以配置写Snapshot的复合触发条件，默认是60秒内改了1万次或300秒内改了10次或900秒内改了1次。
RDB在写入过程中，会连内存一起Fork出一个新进程，遍历新进程内存中的数据写RDB。
先写到临时文件再Rename，这样外部程序对RDB文件的备份和传输过程是安全的。而且即使写新快照的过程中Server被强制关掉了，旧的RDB文件还在。
可配置是否进行压缩，方法是是字符串的LZF算法 和String形式的数字变回int形式存储。
　　AOF文件：
append only的操作日志，等于mysql的binlog，记录所有有效的写操作，格式是明文的Redis协议的纯文本文件。
一般配置成每秒调用一次fsync将数据写到磁盘，坏处是操作系统非正常关机时，可能会丢1秒的数据。 如果设为fsync always，性能只剩几百TPS，不用考虑。
如果使用了AOF，重启时只会从AOF文件载入数据，不会管RDB文件。
AOF文件过大时，会fork出一条新进程来将文件重写(也是先写临时文件再rename)， 遍历新进程的内存中数据，每条记录有一条的Set语句。默认配置是当AOF文件大小是上次rewrite后的大小的一倍时触发。
Redis协议的内容，如set mykey hello， 将持久化成*3 $3 set $5 mykey $5 hello， 第一个数字代表这条语句有多少元，其他的数字代表后面字符串的长度。这样的设计，使得即使在写文件过程中突然关机导致文件不完整，也能自我修复，执行redis-check-aof即可。
    RDB不会实时写入数据，而且如果同时使用两者，但服务器重启只会找AOF文件。那要不要只使用AOF呢？作者建议不要，因为RDB更适合用于备份数据库，快速重启，而且不会有AOF可能潜在的bug，留着作为一个万一的手段。
　　读写性能：
AOF重写和RDB写入都是在fork出进程后，遍历新进程内存顺序写的，既不影响主进程，顺序写的速度也比随机写快，在普通PC服务器上把刚才的1.5G数据写成一个200M的RDB文件大约8秒， 启动时载入一个1.4G的AOF文件大约13秒。
2.4版以后，lpush可以一次push多个值了，使得AOF重写时可以将旧版本中的多个lpush指令合成一个。
有人建议设置no-appendfsync-on-rewrite 为 yes，aof rewrite时就不执行fsync了，先都存在内存里，减少IO资源争用。 当然这样会丢数据。
Fork一个使用了大量内存的进程也要时间，大约10ms per GB的样子，各种系统的对比。
　　其他：
正确关闭服务器：redis-cli shutdown 或者 kill，都会graceful shutdown，保证写RDB文件以及将AOF文件fsync到磁盘，不会丢失数据。 如果是Ctrl+C，或者kill -9 就会丢失数据。
执行指令bgsave 可触发rdb存盘，bgrewriteaof可触发aof重写。
　　5.2 Master-Slave复制
可以在配置文件、命令行参数、以及执行SLAVEOF指令的来设置。
当前版本，一旦执行SlaveOF， slave会清掉自己的所有数据，执行一次全同步：Master要bgsave出自己的一个RDB文件，发给Slave。然后再增量同步: Master作为一个普通的client连入slave，将所有写操作转发给slave，没有特殊的同步协议。
作者在2.8版本中将支持PSYNC部分同步
测试表明同步延时非常小。
有建议只在Slave上写RDB和AOF文件，但这样master启动时就需要从slave copy文件，fail-over脚本也更复杂。只要有足够内存，master平时IO也不高的话，还是简化架构更好。
　　5.3 Fail-Over
　　5.3.1 概述
　　Redis-sentinel是2.6版开始加入的另一组独立运行的节点, 提供自动Fail Over的支持。
每秒钟对所有master，slave和其他sentinel执行ping，redis-server节点要应答+PONG或-LOADING或-MASTERDOWN.
如果某一台Sentinel没有在30秒内(可配置得短一些哦)收到上述正确应答，它就会认为master处于sdown状态(主观Down)
它向其他sentinel询问是否也认为master倒了(SENTINEL is-master-down-by-addr )， 如果quonum台(默认是2)sentinels在5秒钟内都这样认为，就会认为master真是odown了(客观Down)。
此时会选出一台sentinel作为Leader执行fail-over, Leader会从slave中选出一个提升为master(执行slaveof none)，这台slave必须状态正常，而且INFO显示它与master的复制连接并没有断开太久。然后让其他slave指向它(执行slaveof new master)。
    5.3.2 master/slave 及 其他sentinels的发现
　　master地址在sentinel的配置文件里, sentinel会每10秒一次向master发送INFO，知道master的slave有哪些。 如果master已经变为slave，sentiel会分析INFO的应答指向新的master。所以当sentiel重启时，它的配置文件里master的地址并没变，那它仍然会去找old master，然后被redirect到新的master。但如果old master还没起来，或者old master没把自己变成slave，悲剧就可能发生。
　　另外，sentinel会在master上建一个pub/sub channel，通告各种信息，比如+sdown/-sdown， 而且sentinel们也是通过接收pub/sub channel上的+sentinel的信息发现彼此，因为每台sentinel每5秒会发送一次__sentinel__:hello，宣告自己的存在。
　　5.3.3 自定义脚本
sentinel在failover时还会执行配置文件里指定的用户reconfig脚本，让master变为slave并指向新的master。
脚本在如下时机被调用： 1. slave开始提升成master，2.所有slave都已指向新master，3.各种原因提升被终止。
脚本的将会在命令行按顺序传入如下参数： <master-name> <role(leader/observer)> <state(上述三种情况)> <from-ip> <from-port> <to-ip> <to-port>
脚本返回0是正常，如果返回1会被重新执行，如果返回2或以上不会。 如果超过60秒没返回会被强制终止。
　　另一种notify脚本在收到任何pub/sub信息时都会调用，让你去通知O&M系统。
　　5.3.4 Client集成
　　client中执行语句SENTINEL get-master-addr-by-name mymaster 可获得当前master的地址。 但是Jedis还没集成sentinel,只有一个热心网友提交了pull request
　　淘宝的Tedis driver，使用了完全不同的思路，不基于Sentinel，而是多写随机读，学术名词是ReadOne-WriteAll-tx(see NoSQL数据库的分布式算法), 一开始就同步写入到所有节点，读的话随便读一个还活着的节点就行了。(但节点死掉重新起来后怎么重新同步?什么时候可以重新作为一个可选的master?)
　　Redis作者也在博客里抱怨怎么没有人做Dynamo-style 的client。
　　5.4 Geographic-Redundancy
　　一个方法是用rsync等工具同步RDB文件，但RDB文件是非常不实时的。
　　如果要求更高，可以自己写程序读取AOF文件或MONITOR，把指令转发给远处的站点，反正里头的内容就是Redis协议。
　　6. 维护
　　配置
　　可以在配置文件中编写， 也可以在启动时的命令行配置， 如redis-server --port 7777 --slaveof 127.0.0.1 8888，还可以在cli中执行CONFIG GET， 可以达到不重启服务的修改配置参数的效果。
　　监控
　　Redis监控技巧 有详细的介绍。
　　INFO指令将返回非常丰富的信息。
着重监控检查内存使用，比如是否已接近上限，比如有无大量使用swap(used_memory - used_memory_rss)
还有AOF与RDB文件的保存情况，master-slave的关系也要重点监控。
STAT中信息还包括key命中率，所有命令的执行次数，所有client连接数量等， CONFIG RESETSTAT 可重置。
　　其他
SlowLog 检查慢操作(见2.性能)
配置sentinel的notify.sh脚本对所有事件告警或自己用PING/INFO监控节点状态(见5.3.3)
MONITOR可以显示Server收到的所有指令，可以用于debug。
Redis live， 基于Python的DashBoard，使用INFO和MONITOR获得系统情况和指令统计分析。
Instagram的Redis Faina，基于Python，使用MONITOR对指令进行统计分析.
Redis-rdb-tools 基于Python，可以分析RDB文件，比如每条Key对应value所占的大小，还可以将RDB dump成文本文件然后进行比较，还可以将RDB输出成JSON格式。
Redis作者自己写的Redis Sampler，基于Ruby，统计数据分布情况。
　　维护
用redis-check-aof/redis-check-dump 修复烂掉的文件。
在系统闲时调用 bgrewriteaof 重写AOF文件。
　　7. 其他
　　过期数据清除 ,过期数据的清除从来不容易，Redis使用了一种相对务实的做法
当client主动get的时候会先进行判断。
如果clien永远都不再get那条key呢? 它会在后台，每秒10次的执行如下操作： 随机选取100个key校验是否过期，如果有25个以上的key过期了，立刻随机选取下100个key，可见如果数据不被主动get，它什么时候最终被清理掉是未知的。
上述主动清理只会在master进行，slave们会收到从master发过来的DEL指令，master的AOF文件也会插入一条DEL。
　　Redis如何处理客户端连接
　　8. Java Driver
　　各个Driver好像只有Jedis比较活跃。
　　不需要Spring Data Redis的封装，因为Jedis已足够简单，所以它没有像对MongoDB java driver的封装那样能简化代码，所谓屏蔽各种底层driver的差异并不太吸引人，因为我就没打算选其他几种driver。
　　Jedis基于Apache Commons Pool做的连接池，默认最大连接数只有8，一般需要重新设置。
　　9. Windows的版本
　　Windows版本方便单机调测，但Redis并没有提供，好在微软提供了一个，暂时基于Redis 2.4版本。 https://github.com/MSOpenTech/redis 因为github现在已经没有Download服务了，所以编译好的可执行文件藏在这里 https://github.com/MSOpenTech/redis/tree/2.4/msvs/bin/release