有關(guān)Redis的一些思考和理解

本篇文章不是一篇具體的教程，筆者打算記錄一下自己對(duì) Redis 的一些思考。說(shuō)來(lái)慚愧，筆者剛接觸 Redis 的時(shí)候只是簡(jiǎn)單地使用了一下，背了一些面試題，就在簡(jiǎn)歷上寫(xiě)下了 Redis 這個(gè)技能點(diǎn)。

我們能在網(wǎng)絡(luò)上輕易地找到關(guān)于 Redis 具體知識(shí)點(diǎn)的講解，但很少有文字說(shuō)明為什么會(huì)有這項(xiàng)技術(shù)，筆者希望通過(guò)本文總結(jié)一下個(gè)人目前對(duì) Redis 的理解。

1. 初識(shí) Redis

最開(kāi)始的時(shí)候，筆者是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上面的一些項(xiàng)目教程了解到 Redis 的，當(dāng)時(shí)教程里說(shuō)把首頁(yè)數(shù)據(jù)放到 Redis 里，能夠加快首頁(yè)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)速度，于筆者我就照做了。代碼跑起來(lái)后，發(fā)現(xiàn)好像確實(shí)加載得蠻快的，就當(dāng)完成了。

項(xiàng)目做完后，寫(xiě)到了簡(jiǎn)歷里，順便在技能里寫(xiě)上熟練使用 Redis，再背了幾道關(guān)于 Redis 的數(shù)據(jù)類型，持久化機(jī)制的面試題，便去找實(shí)習(xí)了。

當(dāng)時(shí)面試的時(shí)候面試官問(wèn)筆者：你為什么使用 Redis 呀？

筆者按照項(xiàng)目教程里說(shuō)的復(fù)述了一遍：因?yàn)槟茏屖醉?yè)更快地加載數(shù)據(jù)，咱們的產(chǎn)品首頁(yè)是很重要，越快加載出數(shù)據(jù)，用戶越滿意。

現(xiàn)在回想起來(lái)真是哭笑不得，你也不能說(shuō)這個(gè)回答有問(wèn)題，Redis 用作緩存的一大亮點(diǎn)就是能夠加快數(shù)據(jù)查詢效率，但是如果從技術(shù)面試的角度看，這個(gè)回答其實(shí)更應(yīng)該從技術(shù)的角度去答，這也是促使筆者寫(xiě)這篇文章的沖動(dòng)之一。

2. 為什么要有 Redis 這項(xiàng)技術(shù)？（你為什么用 Redis）

如果現(xiàn)在再被問(wèn)到為什么要用 Redis，筆者打算從計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)開(kāi)始聊。

計(jì)算機(jī)界有一本名書(shū)《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》，里面有一幅關(guān)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的圖，非常經(jīng)典：

由圖可見(jiàn)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器是一個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)，越上層的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)效率越高，越下層的存儲(chǔ)效率越低。而計(jì)算機(jī)中內(nèi)存的層級(jí)位于磁盤(pán)之上，內(nèi)存的存儲(chǔ)效率要比磁盤(pán)快得多。

正常情況下，我們會(huì)把應(yīng)用的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)把數(shù)據(jù)存放在磁盤(pán);而 Redis 是一款基于內(nèi)存的存儲(chǔ)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)都存在內(nèi)存里，這就是從 Redis 讀取數(shù)據(jù)比從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)要快的根本原因了。

看到這里你可能會(huì)說(shuō)，把數(shù)據(jù)存在內(nèi)存有啥了不起的，我可以用谷歌的 guava 呀！再不濟(jì)，我可以直接 new 一個(gè) HashMap 存數(shù)據(jù)呀，這不都是基于內(nèi)存的嗎？

這個(gè)問(wèn)題讓我聯(lián)想起了我在網(wǎng)上看面經(jīng)的時(shí)候看到的一道題：如果讓你設(shè)計(jì)一個(gè)緩存，你會(huì)怎么設(shè)計(jì)？

大家可以想一下 guava 和 Map 集合使用時(shí)的缺點(diǎn)是什么？

很明顯一點(diǎn)就是這兩者雖然基于內(nèi)存，但他們使用的是 jvm 的內(nèi)存，如果 jvm 掛掉或者重啟了，數(shù)據(jù)也就丟失了。這就能方便我們聯(lián)想到 Redis 的持久化機(jī)制，Redis 的持久化機(jī)制使得內(nèi)存中的數(shù)據(jù)能夠持久化到磁盤(pán)上，解決內(nèi)存數(shù)據(jù)掉電易失的問(wèn)題，而且 Redis 是一款中間件，無(wú)需依賴于 jvm。

（當(dāng)初我只是死背 Redis 的持久化機(jī)制，并沒(méi)有想過(guò)為什么。我想搞清楚了這背后的關(guān)系后再去學(xué)習(xí)，能夠?qū)W得更扎實(shí)一些吧）

再換一個(gè)角度：既然數(shù)據(jù)庫(kù)是因?yàn)榇疟P(pán)才慢，那為啥不再內(nèi)存里實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)呢？

還別說(shuō)，SAP 公司還真有基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，但是使用內(nèi)存有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：那就是貴！能買得起那套軟件和巨大內(nèi)存機(jī)器的公司畢竟是少數(shù)，所以說(shuō)為什么要使用 Redis，就是因?yàn)樗诘托У拇疟P(pán)和昂貴的內(nèi)存中取了一個(gè)折中。

補(bǔ)充：面試的時(shí)候還被問(wèn)到一個(gè)問(wèn)題：Redis 的內(nèi)存淘汰機(jī)制

當(dāng)時(shí)直接懵圈了，后來(lái)想了一下其實(shí)這是一個(gè)再正常不過(guò)的考點(diǎn)了：Redis 把數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存，內(nèi)存的空間有限，總會(huì)有用完的一天。當(dāng)內(nèi)存使用完之后肯定需要有相應(yīng)的內(nèi)存淘汰策略來(lái)釋放內(nèi)存。

不過(guò)說(shuō)到內(nèi)存淘汰，我還想起一個(gè)高級(jí)點(diǎn)的知識(shí)點(diǎn)，由于 Redis 的內(nèi)存是有限的，我們使用內(nèi)存的時(shí)候應(yīng)該更加小心。Redis 內(nèi)部是有許多高效使用內(nèi)存的招數(shù)的，比如說(shuō)我們存放用戶信息的時(shí)候，把用戶信息存成一個(gè) hash，要比把用戶信息逐條用 key-value 存儲(chǔ)占的空間小得多，這些知識(shí)你可以在 Redid 的官網(wǎng)上找到。

3. 關(guān)于 Redis 的主從復(fù)制，哨兵，集群

在學(xué)習(xí) Redis 之前，我對(duì)分布式的知識(shí)了解得非常少。當(dāng)時(shí)為了面試背 Redis 的面試題，背到有關(guān)主從復(fù)制，哨兵，集群等知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，我既興奮又茫然。感覺(jué)自己背完后掌握了許多分布式的知識(shí)，但是把這些知識(shí)點(diǎn)都揉在一起了，根本不知道這背后的邏輯是什么。現(xiàn)在想通了一些，應(yīng)該好好記下來(lái)：

在擴(kuò)展到多機(jī)之前，我們先想一下單機(jī)的 Redis 有什么缺點(diǎn)：

有可能出現(xiàn)單點(diǎn)故障，這樣 Redis 服務(wù)就不可用了

單一臺(tái)機(jī)器的內(nèi)存有限，存儲(chǔ)不了太多的數(shù)據(jù)

如果訪問(wèn)量很大的話，單臺(tái)機(jī)器壓力會(huì)很大

通過(guò)第一個(gè)缺點(diǎn)，我們可以引出為什么需要主從復(fù)制和哨兵。大家想一想，如果我們只有一個(gè) Redis 服務(wù)，要是服務(wù)掛了就沒(méi)法用了，但如果我們安排多一臺(tái) Redis 服務(wù)器，它的數(shù)據(jù)時(shí)刻與第一臺(tái) Redis 的數(shù)據(jù)保持一致，這樣當(dāng)?shù)谝慌_(tái) Redis 掛掉后，我們就可以把請(qǐng)求遷移到第二臺(tái) Redis 上，這樣 Redis 服務(wù)的可用性就提高了。為了讓第二臺(tái) Redis 的數(shù)據(jù)與第一臺(tái) Redis 保持一致，我們就需要用到主從復(fù)制。

有時(shí)候，可能一主一從的配置還是不夠保險(xiǎn)，這個(gè)時(shí)候我們就要為主節(jié)點(diǎn)配置兩個(gè)或以上的從節(jié)點(diǎn)，那么問(wèn)題來(lái)了，要是主節(jié)點(diǎn)掛了，該通過(guò)什么方案在從節(jié)點(diǎn)中選出新的主節(jié)點(diǎn)呢？這就用到了哨兵機(jī)制。

而且在一主多從的情況下，我們使用主從復(fù)制讓多臺(tái) Redis 的數(shù)據(jù)保持一致，這個(gè)時(shí)候我們就可以把讀請(qǐng)求分?jǐn)偟綇墓?jié)點(diǎn)上，這樣能有效緩解主節(jié)點(diǎn)的讀壓力。

但如果 Redis 的寫(xiě)請(qǐng)求壓力也很大，而且數(shù)據(jù)量很大，這個(gè)時(shí)候?yàn)?Redis 增加備份機(jī)的橫向擴(kuò)展已經(jīng)幫不上什么忙了，這個(gè)時(shí)候我們就要考慮縱向擴(kuò)展，增加多臺(tái) Redis 分?jǐn)倢?xiě)請(qǐng)求，讓不同的 key 落到不同的機(jī)器上。這個(gè)時(shí)候我們就要考慮使用一致性哈希等算法把不同的 key 分給不同的機(jī)器。

Redis 自身也提供了集群機(jī)制，但內(nèi)部使用的不是一致性哈希，而是哈希槽。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在哈希槽中劃分不同的區(qū)間，不同的區(qū)間對(duì)應(yīng)不同的機(jī)制;當(dāng)擴(kuò)容或縮減的時(shí)候有相應(yīng)的哈希槽調(diào)整策略。

我最初學(xué)習(xí) Redis 的多機(jī)策略的時(shí)候就是搞不清楚集群，主從復(fù)制，哨兵機(jī)制之間的關(guān)系。其實(shí)集群就是一套完整的 Redis 多機(jī)解決方案，他有效解決了單機(jī) Redis 的所有問(wèn)題。當(dāng)你在集群中為某個(gè)節(jié)點(diǎn)配置從機(jī)的時(shí)候，主從節(jié)點(diǎn)間同步用的就是主從復(fù)制。主節(jié)點(diǎn)掛掉之后，從節(jié)點(diǎn)的選取，內(nèi)部的邏輯就和哨兵機(jī)制相似。當(dāng)我們使用集群機(jī)制的時(shí)候，就可以省去自己寫(xiě)類似一致性哈希這樣的分?jǐn)傔壿?，集群機(jī)制會(huì)給節(jié)點(diǎn)加上相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)完成這些功能。

如果想深入了解集群背后的實(shí)現(xiàn)原理，我推薦這樣一個(gè)學(xué)習(xí)路線：

首先登錄官網(wǎng)，按照官網(wǎng)的步驟學(xué)習(xí)配置主從復(fù)制，配置哨兵，搭建集群

然后看《Redis 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》這本書(shū)，閱讀主從復(fù)制，哨兵和集群這三個(gè)章節(jié)

4. 后話

筆者覺(jué)得，如果把文章中提到的 Redis 的點(diǎn)都深入了解一下，Redis 基本能算入門了。

寫(xiě)下這篇感想主要也是想提醒自己，學(xué)一項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候多問(wèn)為什么，這樣知識(shí)學(xué)到手后不容易忘掉。

至于為什么說(shuō)只能說(shuō)是入門 Redis，因?yàn)?Redis 的用法實(shí)在太多了，你可以把它當(dāng)作緩存，也可以把它當(dāng)成數(shù)據(jù)庫(kù)，甚至能把它當(dāng)作消息隊(duì)列。緩存可能大家都很熟悉了，在當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的方面 Redis 簡(jiǎn)直是潛力無(wú)限，大家一定要善用它的 bitmap 位圖功能，簡(jiǎn)直能在面對(duì)復(fù)雜需求的時(shí)候玩出花來(lái)。比如說(shuō)老板要統(tǒng)計(jì)所有用戶一年中的登錄天數(shù)，一個(gè)用戶只需要 365bit（46B）的空間，相比于用傳統(tǒng)的 mysql 不知道也節(jié)省多少倍的空間。

審核編輯 黃昊宇