絕大部分寫業(yè)務(wù)的程序員赂弓，在實(shí)際開發(fā)中使用 Redis 的時(shí)候绑榴，只會(huì) Set Value 和 Get Value 兩個(gè)操作，對(duì) Redis 整體缺乏一個(gè)認(rèn)知盈魁。這里對(duì) Redis 常見問題做一個(gè)總結(jié)翔怎，解決大家的知識(shí)盲點(diǎn)。

1杨耙、為什么使用 Redis

在項(xiàng)目中使用 Redis赤套，主要考慮兩個(gè)角度：性能和并發(fā)。如果只是為了分布式鎖這些其他功能按脚，還有其他中間件 Zookpeer 等代替于毙，并非一定要使用 Redis敦冬。

性能：

如下圖所示辅搬，我們?cè)谂龅叫枰獔?zhí)行耗時(shí)特別久，且結(jié)果不頻繁變動(dòng)的 SQL脖旱，就特別適合將運(yùn)行結(jié)果放入緩存堪遂。這樣妈拌，后面的請(qǐng)求就去緩存中讀取泛粹，使得請(qǐng)求能夠迅速響應(yīng)。

特別是在秒殺系統(tǒng)辨图，在同一時(shí)間践险，幾乎所有人都在點(diǎn)猿妈，都在下單。巍虫。彭则。執(zhí)行的是同一操作———向數(shù)據(jù)庫查數(shù)據(jù)。

根據(jù)交互效果的不同占遥，響應(yīng)時(shí)間沒有固定標(biāo)準(zhǔn)俯抖。在理想狀態(tài)下，我們的頁面跳轉(zhuǎn)需要在瞬間解決瓦胎，對(duì)于頁內(nèi)操作則需要在剎那間解決芬萍。

并發(fā)：

如下圖所示，在大并發(fā)的情況下搔啊，所有的請(qǐng)求直接訪問數(shù)據(jù)庫柬祠，數(shù)據(jù)庫會(huì)出現(xiàn)連接異常。這個(gè)時(shí)候负芋，就需要使用 Redis 做一個(gè)緩沖操作漫蛔，讓請(qǐng)求先訪問到 Redis，而不是直接訪問數(shù)據(jù)庫。

使用 Redis 的常見問題

緩存和數(shù)據(jù)庫雙寫一致性問題

緩存雪崩問題

緩存擊穿問題

緩存的并發(fā)競(jìng)爭(zhēng)問題

2惩猫、單線程的 Redis 為什么這么快

這個(gè)問題是對(duì) Redis 內(nèi)部機(jī)制的一個(gè)考察芝硬。很多人都不知道 Redis 是單線程工作模型。

原因主要是以下三點(diǎn)：

純內(nèi)存操作

單線程操作轧房，避免了頻繁的上下文切換

采用了非阻塞 I/O 多路復(fù)用機(jī)制

仔細(xì)說一說 I/O 多路復(fù)用機(jī)制拌阴，打一個(gè)比方：小名在 A 城開了一家快餐店店，負(fù)責(zé)同城快餐服務(wù)奶镶。小明因?yàn)橘Y金限制迟赃，雇傭了一批配送員，然后小曲發(fā)現(xiàn)資金不夠了厂镇，只夠買一輛車送快遞纤壁。

經(jīng)營方式一

客戶每下一份訂單，小明就讓一個(gè)配送員盯著捺信，然后讓人開車去送酌媒。慢慢的小曲就發(fā)現(xiàn)了這種經(jīng)營方式存在下述問題：

時(shí)間都花在了搶車上了，大部分配送員都處在閑置狀態(tài)迄靠，搶到車才能去送秒咨。

隨著下單的增多，配送員也越來越多掌挚，小明發(fā)現(xiàn)快遞店里越來越擠雨席，沒辦法雇傭新的配送員了。

配送員之間的協(xié)調(diào)很花時(shí)間吠式。

綜合上述缺點(diǎn)陡厘，小明痛定思痛，提出了經(jīng)營方式二特占。

經(jīng)營方式二

小明只雇傭一個(gè)配送員糙置。當(dāng)客戶下單，小明按送達(dá)地點(diǎn)標(biāo)注好摩钙，依次放在一個(gè)地方罢低。最后，讓配送員依次開著車去送胖笛，送好了就回來拿下一個(gè)网持。上述兩種經(jīng)營方式對(duì)比，很明顯第二種效率更高长踊。

在上述比喻中：

每個(gè)配送員→每個(gè)線程

每個(gè)訂單→每個(gè) Socket(I/O 流)

訂單的送達(dá)地點(diǎn)→Socket 的不同狀態(tài)

客戶送餐請(qǐng)求→來自客戶端的請(qǐng)求

明曲的經(jīng)營方式→服務(wù)端運(yùn)行的代碼

一輛車→CPU 的核數(shù)

于是有了如下結(jié)論：

經(jīng)營方式一就是傳統(tǒng)的并發(fā)模型功舀，每個(gè) I/O 流(訂單)都有一個(gè)新的線程(配送員)管理。

經(jīng)營方式二就是 I/O 多路復(fù)用身弊。只有單個(gè)線程(一個(gè)配送員)辟汰，通過跟蹤每個(gè) I/O 流的狀態(tài)(每個(gè)配送員的送達(dá)地點(diǎn))列敲，來管理多個(gè) I/O 流。

下面類比到真實(shí)的 Redis 線程模型帖汞，如圖所示：

Redis-client 在操作的時(shí)候戴而，會(huì)產(chǎn)生具有不同事件類型的 Socket。在服務(wù)端翩蘸，有一段 I/O 多路復(fù)用程序所意，將其置入隊(duì)列之中。然后催首，文件事件分派器扶踊，依次去隊(duì)列中取，轉(zhuǎn)發(fā)到不同的事件處理器中郎任。

3秧耗、Redis 的數(shù)據(jù)類型及使用場(chǎng)景

一個(gè)合格的程序員，這五種類型都會(huì)用到舶治。

String

最常規(guī)的 set/get 操作分井，Value 可以是 String 也可以是數(shù)字。一般做一些復(fù)雜的計(jì)數(shù)功能的緩存歼疮。

Hash

這里 Value 存放的是結(jié)構(gòu)化的對(duì)象杂抽，比較方便的就是操作其中的某個(gè)字段。我在做單點(diǎn)登錄的時(shí)候韩脏，就是用這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)用戶信息，以 CookieId 作為 Key铸磅，設(shè)置 30 分鐘為緩存過期時(shí)間赡矢，能很好的模擬出類似 Session 的效果。

List

使用 List 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)阅仔，可以做簡(jiǎn)單的消息隊(duì)列的功能吹散。另外，可以利用 lrange 命令八酒，做基于 Redis 的分頁功能空民，性能極佳，用戶體驗(yàn)好羞迷。

Set

因?yàn)?Set 堆放的是一堆不重復(fù)值的集合界轩。所以可以做全局去重的功能。我們的系統(tǒng)一般都是集群部署衔瓮，使用 JVM 自帶的 Set 比較麻煩浊猾。另外，就是利用交集热鞍、并集葫慎、差集等操作衔彻，可以計(jì)算共同喜好，全部的喜好偷办，自己獨(dú)有的喜好等功能艰额。

Sorted Set

Sorted Set 多了一個(gè)權(quán)重參數(shù) Score，集合中的元素能夠按 Score 進(jìn)行排列椒涯°参可以做排行榜應(yīng)用，取 TOP N 操作逐工。Sorted Set 可以用來做延時(shí)任務(wù)铡溪。

4、Redis 的過期策略和內(nèi)存淘汰機(jī)制

Redis 是否用到家泪喊，從這就能看出來棕硫。比如你 Redis 只能存 5G 數(shù)據(jù)，可是你寫了 10G袒啼，那會(huì)刪 5G 的數(shù)據(jù)哈扮。怎么刪的，這個(gè)問題思考過么蚓再？

正解：Redis 采用的是定期刪除+惰性刪除策略滑肉。

為什么不用定時(shí)刪除策略

定時(shí)刪除，用一個(gè)定時(shí)器來負(fù)責(zé)監(jiān)視 Key摘仅，過期則自動(dòng)刪除靶庙。雖然內(nèi)存及時(shí)釋放，但是十分消耗 CPU 資源娃属。在大并發(fā)請(qǐng)求下六荒，CPU 要將時(shí)間應(yīng)用在處理請(qǐng)求，而不是刪除 Key矾端，因此沒有采用這一策略掏击。

定期刪除+惰性刪除如何工作

定期刪除，Redis 默認(rèn)每個(gè) 100ms 檢查秩铆，有過期 Key 則刪除砚亭。需要說明的是，Redis 不是每個(gè) 100ms 將所有的 Key 檢查一次殴玛，而是隨機(jī)抽取進(jìn)行檢查捅膘。如果只采用定期刪除策略，會(huì)導(dǎo)致很多 Key 到時(shí)間沒有刪除族阅。于是篓跛，惰性刪除派上用場(chǎng)。

采用定期刪除+惰性刪除就沒其他問題了么

不是的坦刀，如果定期刪除沒刪除掉 Key愧沟。并且你也沒及時(shí)去請(qǐng)求 Key蔬咬，也就是說惰性刪除也沒生效。這樣沐寺，Redis 的內(nèi)存會(huì)越來越高林艘。那么就應(yīng)該采用內(nèi)存淘汰機(jī)制。

在 redis.conf 中有一行配置：

# maxmemory-policy volatile-lru

該配置就是配內(nèi)存淘汰策略的：

noeviction：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時(shí)混坞，新寫入操作會(huì)報(bào)錯(cuò)狐援。

allkeys-lru：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時(shí)，在鍵空間中究孕，移除最近最少使用的 Key啥酱。（推薦使用，目前項(xiàng)目在用這種）(最近最久使用算法)

allkeys-random：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時(shí)厨诸，在鍵空間中镶殷，隨機(jī)移除某個(gè) Key。（應(yīng)該也沒人用吧微酬，你不刪最少使用 Key绘趋，去隨機(jī)刪）

volatile-lru：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時(shí)，在設(shè)置了過期時(shí)間的鍵空間中颗管，移除最近最少使用的 Key陷遮。這種情況一般是把 Redis 既當(dāng)緩存，又做持久化存儲(chǔ)的時(shí)候才用垦江。（不推薦）

volatile-random：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時(shí)帽馋，在設(shè)置了過期時(shí)間的鍵空間中，隨機(jī)移除某個(gè) Key疫粥。（依然不推薦）

volatile-ttl：當(dāng)內(nèi)存不足以容納新寫入數(shù)據(jù)時(shí)茬斧，在設(shè)置了過期時(shí)間的鍵空間中，有更早過期時(shí)間的 Key 優(yōu)先移除梗逮。（不推薦）

5、Redis 和數(shù)據(jù)庫雙寫一致性問題

一致性問題還可以再分為最終一致性和強(qiáng)一致性绣溜。數(shù)據(jù)庫和緩存雙寫慷彤，就必然會(huì)存在不一致的問題。前提是如果對(duì)數(shù)據(jù)有強(qiáng)一致性要求怖喻，不能放緩存底哗。我們所做的一切，只能保證最終一致性锚沸。

另外跋选，我們所做的方案從根本上來說，只能降低不一致發(fā)生的概率哗蜈。因此前标，有強(qiáng)一致性要求的數(shù)據(jù)坠韩，不能放緩存。首先炼列，采取正確更新策略只搁，先更新數(shù)據(jù)庫，再刪緩存俭尖。其次氢惋，因?yàn)榭赡艽嬖趧h除緩存失敗的問題，提供一個(gè)補(bǔ)償措施即可稽犁，例如利用消息隊(duì)列焰望。

6、如何應(yīng)對(duì)緩存穿透和緩存雪崩問題

這兩個(gè)問題已亥，一般中小型傳統(tǒng)軟件企業(yè)很難碰到熊赖。如果有大并發(fā)的項(xiàng)目，流量有幾百萬左右陷猫，這兩個(gè)問題一定要深刻考慮秫舌。緩存穿透，即黑客故意去請(qǐng)求緩存中不存在的數(shù)據(jù)绣檬，導(dǎo)致所有的請(qǐng)求都懟到數(shù)據(jù)庫上足陨，從而數(shù)據(jù)庫連接異常。

緩存穿透解決方案：

利用互斥鎖娇未，緩存失效的時(shí)候墨缘，先去獲得鎖，得到鎖了零抬，再去請(qǐng)求數(shù)據(jù)庫镊讼。沒得到鎖，則休眠一段時(shí)間重試平夜。

采用異步更新策略蝶棋，無論 Key 是否取到值，都直接返回忽妒。Value 值中維護(hù)一個(gè)緩存失效時(shí)間玩裙，緩存如果過期，異步起一個(gè)線程去讀數(shù)據(jù)庫段直，更新緩存吃溅。需要做緩存預(yù)熱(項(xiàng)目啟動(dòng)前，先加載緩存)操作鸯檬。

提供一個(gè)能迅速判斷請(qǐng)求是否有效的攔截機(jī)制决侈，比如，利用布隆過濾器喧务，內(nèi)部維護(hù)一系列合法有效的 Key赖歌。迅速判斷出枉圃，請(qǐng)求所攜帶的 Key 是否合法有效。如果不合法俏站，則直接返回讯蒲。

緩存雪崩，即緩存同一時(shí)間大面積的失效肄扎，這個(gè)時(shí)候又來了一波請(qǐng)求墨林，結(jié)果請(qǐng)求都懟到數(shù)據(jù)庫上，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫連接異常犯祠。

緩存雪崩解決方案：

給緩存的失效時(shí)間旭等，加上一個(gè)隨機(jī)值，避免集體失效衡载。

使用互斥鎖搔耕，但是該方案吞吐量明顯下降了。

雙緩存痰娱。我們有兩個(gè)緩存弃榨，緩存 A 和緩存 B。緩存 A 的失效時(shí)間為 20 分鐘梨睁，緩存 B 不設(shè)失效時(shí)間鲸睛。自己做緩存預(yù)熱操作。

然后細(xì)分以下幾個(gè)小點(diǎn)：從緩存 A 讀數(shù)據(jù)庫坡贺，有則直接返回官辈；A 沒有數(shù)據(jù)，直接從 B 讀數(shù)據(jù)遍坟，直接返回拳亿，并且異步啟動(dòng)一個(gè)更新線程，更新線程同時(shí)更新緩存 A 和緩存 B愿伴。

7肺魁、如何解決 Redis 的并發(fā)競(jìng)爭(zhēng) Key 問題

這個(gè)問題大致就是，同時(shí)有多個(gè)子系統(tǒng)去 Set 一個(gè) Key隔节。這個(gè)時(shí)候要注意什么呢万搔？大家基本都是推薦用 Redis 事務(wù)機(jī)制。

但是我并不推薦使用 Redis 的事務(wù)機(jī)制官帘。因?yàn)槲覀兊纳a(chǎn)環(huán)境，基本都是 Redis 集群環(huán)境昧谊，做了數(shù)據(jù)分片操作刽虹。你一個(gè)事務(wù)中有涉及到多個(gè) Key 操作的時(shí)候，這多個(gè) Key 不一定都存儲(chǔ)在同一個(gè) redis-server 上呢诬。因此涌哲，Redis 的事務(wù)機(jī)制胖缤，十分雞肋。

如果對(duì)這個(gè) Key 操作阀圾，不要求順序

這種情況下哪廓，準(zhǔn)備一個(gè)分布式鎖，大家去搶鎖初烘，搶到鎖就做 set 操作即可涡真，比較簡(jiǎn)單。

如果對(duì)這個(gè) Key 操作肾筐，要求順序

假設(shè)有一個(gè) key1哆料，系統(tǒng) A 需要將 key1 設(shè)置為 valueA，系統(tǒng) B 需要將 key1 設(shè)置為 valueB吗铐，系統(tǒng) C 需要將 key1 設(shè)置為 valueC东亦。

期望按照 key1 的 value 值按照 valueA > valueB > valueC 的順序變化。這種時(shí)候我們?cè)跀?shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫的時(shí)候唬渗，需要保存一個(gè)時(shí)間戳典阵。

假設(shè)時(shí)間戳如下：

系統(tǒng) A key 1 {valueA? 3:00}

系統(tǒng) B key 1 {valueB? 3:05}

系統(tǒng) C key 1 {valueC? 3:10}

那么，假設(shè)系統(tǒng) B 先搶到鎖镊逝，將 key1 設(shè)置為{valueB 3:05}壮啊。接下來系統(tǒng) A 搶到鎖，發(fā)現(xiàn)自己的 valueA 的時(shí)間戳早于緩存中的時(shí)間戳蹋半，那就不做 set 操作了他巨，以此類推。其他方法减江，比如利用隊(duì)列染突，將 set 方法變成串行訪問也可以。

8辈灼、總結(jié)

Redis 在國內(nèi)各大公司都能看到其身影份企，比如我們熟悉的新浪，阿里巡莹，騰訊司志，百度，美團(tuán)降宅，小米等骂远。學(xué)習(xí) Redis，這幾方面尤其重要：Redis 客戶端腰根、Redis 高級(jí)功能激才、Redis 持久化和開發(fā)運(yùn)維常用問題探討、Redis 復(fù)制的原理和優(yōu)化策略、Redis 分布式解決方案等

作者：程序之心 丁儀

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