傳統(tǒng)MySQL+ Memcached架構(gòu)遇到的問題

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　　實(shí)際MySQL是適合進(jìn)行海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的，通過Memcached將熱點(diǎn)數(shù)據(jù)加載到cache荷腊，加速訪問较幌，很多公司都曾經(jīng)使用過這樣的架構(gòu)，但隨著業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的不斷增加药蜻，和訪問量的持續(xù)增長(zhǎng)，我們遇到了很多問題：

　　1.MySQL需要不斷進(jìn)行拆庫(kù)拆表替饿，Memcached也需不斷跟著擴(kuò)容语泽，擴(kuò)容和維護(hù)工作占據(jù)大量開發(fā)時(shí)間。

　　2.Memcached與MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)一致性問題视卢。

　　3.Memcached數(shù)據(jù)命中率低或down機(jī)踱卵，大量訪問直接穿透到DB，MySQL無法支撐。

　　4.跨機(jī)房cache同步問題惋砂。

　　眾多NoSQL百花齊放妒挎，如何選擇

　　最近幾年，業(yè)界不斷涌現(xiàn)出很多各種各樣的NoSQL產(chǎn)品西饵，那么如何才能正確地使用好這些產(chǎn)品酝掩，最大化地發(fā)揮其長(zhǎng)處，是我們需要深入研究和思考的問題眷柔，實(shí)際歸根結(jié)底最重要的是了解這些產(chǎn)品的定位期虾，并且了解到每款產(chǎn)品的tradeoffs，在實(shí)際應(yīng)用中做到揚(yáng)長(zhǎng)避短驯嘱，總體上這些NoSQL主要用于解決以下幾種問題

　　1.少量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)镶苞，高速讀寫訪問。此類產(chǎn)品通過數(shù)據(jù)全部in-momery 的方式來保證高速訪問鞠评，同時(shí)提供數(shù)據(jù)落地的功能茂蚓，實(shí)際這正是Redis最主要的適用場(chǎng)景。

　　2.海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)剃幌，分布式系統(tǒng)支持聋涨，數(shù)據(jù)一致性保證，方便的集群節(jié)點(diǎn)添加/刪除锥忿。

3.這方面最具代表性的是dynamo和bigtable 2篇論文所闡述的思路牛郑。前者是一個(gè)完全無中心的設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)之間通過gossip方式傳遞集群信息敬鬓，數(shù)據(jù)保證最終一致性淹朋，后者是一個(gè)中心化的方案設(shè)計(jì)，通過類似一個(gè)分布式鎖服務(wù)來保證強(qiáng)一致性,數(shù)據(jù)寫入先寫內(nèi)存和redo log钉答，然后定期compat歸并到磁盤上础芍，將隨機(jī)寫優(yōu)化為順序?qū)懀岣邔懭胄阅堋?/p>

　　4.Schema free数尿，auto-sharding等仑性。比如目前常見的一些文檔數(shù)據(jù)庫(kù)都是支持schema-free的，直接存儲(chǔ)json格式數(shù)據(jù)右蹦，并且支持auto-sharding等功能诊杆，比如mongodb。

　　面對(duì)這些不同類型的NoSQL產(chǎn)品,我們需要根據(jù)我們的業(yè)務(wù)場(chǎng)景選擇最合適的產(chǎn)品何陆。

　　Redis適用場(chǎng)景晨汹，如何正確的使用

　　前面已經(jīng)分析過，Redis最適合所有數(shù)據(jù)in-momory的場(chǎng)景贷盲，雖然Redis也提供持久化功能淘这，但實(shí)際更多的是一個(gè)disk-backed的功能，跟傳統(tǒng)意義上的持久化有比較大的差別，那么可能大家就會(huì)有疑問铝穷，似乎Redis更像一個(gè)加強(qiáng)版的Memcached钠怯，那么何時(shí)使用Memcached,何時(shí)使用Redis呢?

如果簡(jiǎn)單地比較Redis與Memcached的區(qū)別，大多數(shù)都會(huì)得到以下觀點(diǎn)：

1? Redis不僅僅支持簡(jiǎn)單的k/v類型的數(shù)據(jù)曙聂，同時(shí)還提供list晦炊，set，zset筹陵，hash等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)刽锤。

2? Redis支持?jǐn)?shù)據(jù)的備份镊尺，即master-slave模式的數(shù)據(jù)備份朦佩。

3? Redis支持?jǐn)?shù)據(jù)的持久化，可以將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保持在磁盤中庐氮，重啟的時(shí)候可以再次加載進(jìn)行使用语稠。

拋開這些，可以深入到Redis內(nèi)部構(gòu)造去觀察更加本質(zhì)的區(qū)別弄砍，理解Redis的設(shè)計(jì)仙畦。

在Redis中，并不是所有的數(shù)據(jù)都一直存儲(chǔ)在內(nèi)存中的音婶。這是和Memcached相比一個(gè)最大的區(qū)別慨畸。Redis只會(huì)緩存所有的 key的信息，如果Redis發(fā)現(xiàn)內(nèi)存的使用量超過了某一個(gè)閥值衣式，將觸發(fā)swap的操作寸士，Redis根據(jù)“swappability = age*log(size_in_memory)”計(jì) 算出哪些key對(duì)應(yīng)的value需要swap到磁盤。然后再將這些key對(duì)應(yīng)的value持久化到磁盤中碴卧，同時(shí)在內(nèi)存中清除弱卡。這種特性使得Redis可以 保持超過其機(jī)器本身內(nèi)存大小的數(shù)據(jù)。當(dāng)然住册，機(jī)器本身的內(nèi)存必須要能夠保持所有的key婶博，畢竟這些數(shù)據(jù)是不會(huì)進(jìn)行swap操作的。同時(shí)由于Redis將內(nèi)存 中的數(shù)據(jù)swap到磁盤中的時(shí)候荧飞，提供服務(wù)的主線程和進(jìn)行swap操作的子線程會(huì)共享這部分內(nèi)存凡人，所以如果更新需要swap的數(shù)據(jù)，Redis將阻塞這個(gè) 操作叹阔，直到子線程完成swap操作后才可以進(jìn)行修改挠轴。

使用Redis特有內(nèi)存模型前后的情況對(duì)比：

VM off: 300k keys, 4096 bytes values: 1.3G used

VM on:? 300k keys, 4096 bytes values: 73M used

VM off: 1 million keys, 256 bytes values: 430.12M used

VM on:? 1 million keys, 256 bytes values: 160.09M used

VM on:? 1 million keys, values as large as you want, still: 160.09M used

當(dāng) 從Redis中讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果讀取的key對(duì)應(yīng)的value不在內(nèi)存中条获，那么Redis就需要從swap文件中加載相應(yīng)數(shù)據(jù)忠荞，然后再返回給請(qǐng)求方。 這里就存在一個(gè)I/O線程池的問題。在默認(rèn)的情況下委煤，Redis會(huì)出現(xiàn)阻塞堂油，即完成所有的swap文件加載后才會(huì)相應(yīng)。這種策略在客戶端的數(shù)量較小碧绞，進(jìn)行 批量操作的時(shí)候比較合適府框。但是如果將Redis應(yīng)用在一個(gè)大型的網(wǎng)站應(yīng)用程序中，這顯然是無法滿足大并發(fā)的情況的讥邻。所以Redis運(yùn)行我們?cè)O(shè)置I/O線程 池的大小迫靖，對(duì)需要從swap文件中加載相應(yīng)數(shù)據(jù)的讀取請(qǐng)求進(jìn)行并發(fā)操作，減少阻塞的時(shí)間兴使。

如果希望在海量數(shù)據(jù)的環(huán)境中使用好Redis系宜，我相信理解Redis的內(nèi)存設(shè)計(jì)和阻塞的情況是不可缺少的。

補(bǔ)充的知識(shí)點(diǎn)：

memcached和redis的比較

1 網(wǎng)絡(luò)IO模型

　　Memcached是多線程发魄，非阻塞IO復(fù)用的網(wǎng)絡(luò)模型盹牧，分為監(jiān)聽主線程和worker子線程，監(jiān)聽線程監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)連接励幼，接受請(qǐng)求后汰寓，將連接描述字pipe 傳遞給worker線程，進(jìn)行讀寫IO, 網(wǎng)絡(luò)層使用libevent封裝的事件庫(kù)苹粟，多線程模型可以發(fā)揮多核作用有滑，但是引入了cache coherency和鎖的問題，比如嵌削，Memcached最常用的stats 命令毛好，實(shí)際Memcached所有操作都要對(duì)這個(gè)全局變量加鎖，進(jìn)行計(jì)數(shù)等工作掷贾，帶來了性能損耗睛榄。

(Memcached網(wǎng)絡(luò)IO模型)

Redis使用單線程的IO復(fù)用模型，自己封裝了一個(gè)簡(jiǎn)單的AeEvent事件處理框架想帅，主要實(shí)現(xiàn)了epoll场靴、kqueue和select，對(duì)于單純只有IO操作來說港准，單線程可以將速度優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大旨剥，但是Redis也提供了一些簡(jiǎn)單的計(jì)算功能，比如排序浅缸、聚合等轨帜，對(duì)于這些操作，單線程模型實(shí)際會(huì)嚴(yán)重影響整體吞吐量衩椒，CPU計(jì)算過程中蚌父，整個(gè)IO調(diào)度都是被阻塞住的哮兰。

2.內(nèi)存管理方面

　　Memcached使用預(yù)分配的內(nèi)存池的方式，使用slab和大小不同的chunk來管理內(nèi)存苟弛，Item根據(jù)大小選擇合適的chunk存儲(chǔ)喝滞，內(nèi)存池的方式可以省去申請(qǐng)/釋放內(nèi)存的開銷，并且能減小內(nèi)存碎片產(chǎn)生膏秫，但這種方式也會(huì)帶來一定程度上的空間浪費(fèi)右遭，并且在內(nèi)存仍然有很大空間時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可能會(huì)被剔除缤削，原因可以參考Timyang的文章：http://timyang.net/data/Memcached-lru-evictions/

　　Redis使用現(xiàn)場(chǎng)申請(qǐng)內(nèi)存的方式來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)窘哈，并且很少使用free-list等方式來優(yōu)化內(nèi)存分配，會(huì)在一定程度上存在內(nèi)存碎片亭敢，Redis跟據(jù)存儲(chǔ)命令參數(shù)滚婉，會(huì)把帶過期時(shí)間的數(shù)據(jù)單獨(dú)存放在一起，并把它們稱為臨時(shí)數(shù)據(jù)吨拗，非臨時(shí)數(shù)據(jù)是永遠(yuǎn)不會(huì)被剔除的满哪，即便物理內(nèi)存不夠婿斥，導(dǎo)致swap也不會(huì)剔除任何非臨時(shí)數(shù)據(jù)(但會(huì)嘗試剔除部分臨時(shí)數(shù)據(jù))劝篷，這點(diǎn)上Redis更適合作為存儲(chǔ)而不是cache。

　　3.數(shù)據(jù)一致性問題

　　Memcached提供了cas命令民宿，可以保證多個(gè)并發(fā)訪問操作同一份數(shù)據(jù)的一致性問題娇妓。 Redis沒有提供cas 命令，并不能保證這點(diǎn)活鹰，不過Redis提供了事務(wù)的功能哈恰，可以保證一串 命令的原子性，中間不會(huì)被任何操作打斷志群。

　　4.存儲(chǔ)方式及其它方面

　　Memcached基本只支持簡(jiǎn)單的key-value存儲(chǔ)着绷，不支持枚舉，不支持持久化和復(fù)制等功能

　　Redis除key/value之外锌云，還支持list,set,sorted set,hash等眾多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)荠医，提供了KEYS

　　進(jìn)行枚舉操作，但不能在線上使用桑涎，如果需要枚舉線上數(shù)據(jù)彬向，Redis提供了工具可以直接掃描其dump文件，枚舉出所有數(shù)據(jù)攻冷，Redis還同時(shí)提供了持久化和復(fù)制等功能娃胆。

　　5.關(guān)于不同語(yǔ)言的客戶端支持

　　在不同語(yǔ)言的客戶端方面，Memcached和Redis都有豐富的第三方客戶端可供選擇等曼，不過因?yàn)镸emcached發(fā)展的時(shí)間更久一些里烦，目前看在客戶端支持方面凿蒜，Memcached的很多客戶端更加成熟穩(wěn)定，而Redis由于其協(xié)議本身就比Memcached復(fù)雜胁黑，加上作者不斷增加新的功能等篙程，對(duì)應(yīng)第三方客戶端跟進(jìn)速度可能會(huì)趕不上，有時(shí)可能需要自己在第三方客戶端基礎(chǔ)上做些修改才能更好的使用别厘。

　　根據(jù)以上比較不難看出虱饿，當(dāng)我們不希望數(shù)據(jù)被踢出，或者需要除key/value之外的更多數(shù)據(jù)類型時(shí)触趴，或者需要落地功能時(shí)氮发，使用Redis比使用Memcached更合適。

　　關(guān)于Redis的一些周邊功能

　　Redis除了作為存儲(chǔ)之外還提供了一些其它方面的功能冗懦，比如聚合計(jì)算爽冕、pubsub、scripting等披蕉，對(duì)于此類功能需要了解其實(shí)現(xiàn)原理颈畸，清楚地了解到它的局限性后，才能正確的使用没讲，比如pubsub功能眯娱，這個(gè)實(shí)際是沒有任何持久化支持的，消費(fèi)方連接閃斷或重連之間過來的消息是會(huì)全部丟失的爬凑，又比如聚合計(jì)算和scripting等功能受Redis單線程模型所限徙缴，是不可能達(dá)到很高的吞吐量的，需要謹(jǐn)慎使用嘁信。

　　總的來說Redis作者是一位非常勤奮的開發(fā)者于样，可以經(jīng)常看到作者在嘗試著各種不同的新鮮想法和思路潘靖，針對(duì)這些方面的功能就要求我們需要深入了解后再使用穿剖。

　　總結(jié)：

　　1.Redis使用最佳方式是全部數(shù)據(jù)in-memory。

　　2.Redis更多場(chǎng)景是作為Memcached的替代者來使用卦溢。

　　3.當(dāng)需要除key/value之外的更多數(shù)據(jù)類型支持時(shí)糊余，使用Redis更合適。

　　4.當(dāng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不能被剔除時(shí)既绕，使用Redis更合適啄刹。