前言

最近在看redis，有一些心得，為了不忘，現(xiàn)在記錄下來。

我嘗試從問題出發(fā)，步步遞進(jìn)，給大家較好的閱讀體驗(yàn)，具體如下

1. 什么是緩存，為啥要有它
2. 緩存的實(shí)現(xiàn)方式-進(jìn)程內(nèi)的緩存
3. 緩存的實(shí)現(xiàn)方式-進(jìn)程級(jí)別的緩存
4. redis作為一個(gè)進(jìn)程級(jí)別的數(shù)據(jù)庫，優(yōu)點(diǎn)
5. redis的高可用實(shí)現(xiàn)

什么是緩存，為啥要有它

一般我們將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，對(duì)于一些經(jīng)常查詢的業(yè)務(wù)，比如用戶訪問某一資源，通常我們會(huì)通過查詢數(shù)據(jù)庫查看用戶是否有這個(gè)訪問權(quán)限，這樣業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是查詢頻率高，查詢數(shù)據(jù)庫是比較重的操作，主要的耗時(shí)有數(shù)據(jù)庫本身的查詢耗時(shí)和網(wǎng)絡(luò)耗時(shí)。如果將一些常使用的數(shù)據(jù)放在程序運(yùn)行時(shí)內(nèi)存里，隨著程序的啟動(dòng)，加載數(shù)據(jù)庫中信息到內(nèi)存中，這樣就減少了網(wǎng)絡(luò)交互和數(shù)據(jù)庫本身的查詢耗時(shí)。

緩存的實(shí)現(xiàn)方式-進(jìn)程內(nèi)的緩存

這種就是在寫程序時(shí)開辟一塊內(nèi)存，專門當(dāng)做緩存供程序使用

優(yōu)點(diǎn)

1. 不需要網(wǎng)絡(luò)傳輸。
2. 不需要線程間切換。
3. 緩存更新方便。因?yàn)槭浅绦騼?nèi)的內(nèi)存區(qū)域，我需要更新哪個(gè)區(qū)域，我可以直接定位到內(nèi)存位置，并更新它。

缺點(diǎn)

1. 拓展性差。還是一個(gè)商城的例子，用戶想看自己的購(gòu)物車，假設(shè)我們使用token進(jìn)行狀態(tài)保持，我解析token，抽取用戶id，查看是否具有這個(gè)業(yè)務(wù)操作的權(quán)限。如果部署的程序只有一個(gè)，完全沒問題。但是為了滿足未來用戶量高速增長(zhǎng)，通過nginx橫向拓展程序就可以有問題。假如我們平行的部署兩個(gè)程序，用戶來登錄，程序a處理了這個(gè)請(qǐng)求，并將該用戶的權(quán)限信息，token存在自己的內(nèi)存區(qū)域，當(dāng)該用戶發(fā)起另外一個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，程序b接受這個(gè)請(qǐng)求，程序b拿到用戶的token，抽取用戶信息，查詢自己的內(nèi)存區(qū)域，發(fā)現(xiàn)沒有這個(gè)用戶信息，就判斷這個(gè)用戶沒有訪問權(quán)限。
2. 如果是橫向拓展的話，很有可能浪費(fèi)內(nèi)存。多個(gè)程序都有自己的內(nèi)存區(qū)域，但是內(nèi)存區(qū)域存的東西也是基本一樣的。

緩存的實(shí)現(xiàn)方式-進(jìn)程級(jí)別的緩存

優(yōu)點(diǎn)

1. 節(jié)約內(nèi)存資源。
2. 職責(zé)分離更明確

缺點(diǎn)

1. 增加網(wǎng)絡(luò)傳輸
2. 增加線程間切換
3. 單點(diǎn)，有風(fēng)險(xiǎn)

redis作為一個(gè)進(jìn)程級(jí)別的數(shù)據(jù)庫，優(yōu)點(diǎn)

1. 支持高可用部署
2. 為了降低總體網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t，提出了一個(gè)新思想：

假設(shè)我是新街口東方餃子王老板，提供送餐服務(wù)，我有2個(gè)快遞員，假設(shè)我的飯是提前做好的

• 12：00，京師科技大廈小強(qiáng)定了一份餃子，快遞員1去送餐，十分鐘可以送到，再有十分鐘回到飯店
• 12：02，京師科技大廈小紅定了一份餃子，快遞員2去送餐，十分鐘可以送到，再有十分鐘回到飯店
• 12：03，京師科技大廈小花定了一份餃子，沒有快遞員送餐：快遞員1要到12:20才能回來，快遞員2要到12：22才能回來。等待
• 12：04，京師科技大廈特朗普定了5份餃子，沒有快遞員送餐：快遞員1要到12:20才能回來，快遞員2要到12：22才能回來。等待
• 12：05，京師科技大廈克林頓定了5份餃子，沒有快遞員送餐：快遞員1要到12:20才能回來，快遞員2要到12：22才能回來。等待
• 12：20，快遞員1接到小花訂單，去送餐
• 12：22，快遞員2接到特朗普訂單，去送餐

假如特朗普和小強(qiáng)小紅是一個(gè)公司的，特朗普心里就不爽了，都是同一時(shí)間定的，為啥他們到了，我的還沒到？

那有什么解決方案嗎 ？

1. 減少每趟耗時(shí)。比如原來是快遞員騎自行車，現(xiàn)在換成摩托車，原來是摩托車，現(xiàn)在換成汽車，原來汽車，現(xiàn)在換成火箭..
2. 增加快遞員的數(shù)量。 原來是2個(gè)，我就再招十來個(gè) 。
3. 快遞員每趟運(yùn)送的貨物爭(zhēng)取多一點(diǎn)。比如上述例子，僅僅五分鐘內(nèi)，連續(xù)有京師科技大廈5單訂單，一共13份餃子，假設(shè)一個(gè)快遞員的后備箱可以裝10分餃子，那在12：05的時(shí)候，快遞員1 運(yùn)送前四個(gè)訂單，一共8份，快遞員2運(yùn)送第五個(gè)訂單，一個(gè)5分。這樣特朗普就和小強(qiáng)一起吃上飯了。

在計(jì)算機(jī)中 ，這三種解決方案分別對(duì)應(yīng)的是

1. 減少每趟耗時(shí)。往返時(shí)間：從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，直到發(fā)送方收到接收方回復(fù)的確認(rèn)為止。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞胶?jiǎn)單來說是這樣的，先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)流，然后通過一個(gè)裝置（調(diào)制解頻器）轉(zhuǎn)換為電磁波 ，通過網(wǎng)線或者無線電波傳輸，接收方接受到無線電波，將其轉(zhuǎn)換成字節(jié)流，然后在轉(zhuǎn)換成具體的可供程序使用的數(shù)據(jù)。是不是腦袋有點(diǎn)大，這個(gè)過程的優(yōu)化可能不是軟件工程師能做的。
2. 吞吐量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量。這個(gè)優(yōu)化可能不是軟件工程師能做的。
3. 對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，降低總體網(wǎng)絡(luò)延遲。

第三種思想在很多地方都采用了，比如郵件服務(wù)器使用這種思想可以更快的下載新郵件，

redis 也是采用了第三種解決方案

感興趣的同學(xué)可以參考官方文檔

https://redis.io/topics/pipelining

redis的高可用實(shí)現(xiàn)

高可用的業(yè)務(wù)需求，當(dāng)緩存服務(wù)因?yàn)槟承┰虿豢捎脮r(shí)，可以切換到另外一臺(tái)機(jī)器的的緩存服務(wù)上。

可能涉及到的難點(diǎn)

1. 我怎么判斷緩存服務(wù)不可用
2. 當(dāng)不可用的時(shí)候，我怎么通知到所有使用緩存服務(wù)的客戶端，現(xiàn)在你訪問的這個(gè)有問題，你應(yīng)該訪問另外一個(gè)好的
3. 備份的緩存服務(wù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)怎么和正在使用的緩存服務(wù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)保持一致
4. 當(dāng)我down掉的節(jié)點(diǎn)可以重新提供使用，怎么能加入到緩存，當(dāng)做備胎使用

我嘗試著對(duì)這幾個(gè)問題提出自己的思考

1 我怎么判斷緩存服務(wù)不可用

我需要知道每一個(gè)客戶端使用緩存服務(wù)的情況，假如大家都說緩存有問題，那沒問題，就換一個(gè)好的，如果至少有一半的客戶都認(rèn)為有問題，那這個(gè)緩存就有問題。像這樣的事情肯定是誰用誰知道。哈哈

2 當(dāng)緩存不可用的時(shí)候，我怎么通知到所有使用緩存服務(wù)的客戶端，現(xiàn)在你訪問的這個(gè)有問題，你應(yīng)該訪問另外一個(gè)好的

這個(gè)就要在程序部署的時(shí)候記錄一下需要使用緩存服務(wù)的client，當(dāng)要切換緩存時(shí)，我就逐一通知client就行

3 備份的緩存服務(wù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)怎么和正在使用的緩存服務(wù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)保持一致

這個(gè)其實(shí)很簡(jiǎn)單，把訪問緩存的請(qǐng)求copy一份給備份的緩存就行。當(dāng)然這個(gè)操作應(yīng)該誰來做。如果是我的話，我就在client里來做，我做完一個(gè)操作，就把這個(gè)操作加到一個(gè)緩存隊(duì)列中，讓后臺(tái)線程處理這個(gè)copy操作。

4 當(dāng)我down掉的節(jié)點(diǎn)可以重新提供使用，怎么能加入到緩存，當(dāng)做備胎使用

這個(gè)有兩種方式，一種是down掉的緩存直接通知我，我活了，我想當(dāng)備胎，你看怎么辦。一種是 我每隔一段的時(shí)間對(duì)down掉的節(jié)點(diǎn)看一下，如果好了，我就將他允許他當(dāng)備胎。

現(xiàn)在看看redis怎么做的

它提出了一種類型的人:哨兵，他的的職責(zé)如下

• 監(jiān)控。他負(fù)責(zé)檢查緩存和備胎的健康情況
• 通知。他監(jiān)控出現(xiàn)異常的時(shí)候，可以通知管理員，或者其他程序。
• 自動(dòng)故障恢復(fù)。當(dāng)緩存不可以時(shí)，在備胎請(qǐng)求緩存的時(shí)候啟動(dòng)一個(gè)故障恢復(fù)的進(jìn)程，當(dāng)client使用緩存的時(shí)候就會(huì)被通知，你要換個(gè)備胎來用了。
• 配置提供者。client不能直接的訪問緩存，需要先問一下這哥們我應(yīng)該訪問那個(gè)緩存。

針對(duì)上面的四個(gè)問題，看看redis是怎么做的

1 我怎么判斷緩存服務(wù)不可用

他提出了一個(gè)閾值的概念 quorum ，當(dāng)且僅當(dāng)這兩個(gè)條件滿足時(shí)，才能確定一個(gè)緩存不可用

• 有幾個(gè)哨兵同意當(dāng)前緩存不可用
• 為了找到一個(gè)哨兵啟動(dòng)故障恢復(fù)的進(jìn)程，哨兵們需要選舉一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)，由他來執(zhí)行這個(gè)操作。

這個(gè)就有點(diǎn)坑爹了，如果是這樣部署的緩存服務(wù)

• server001 master soilder01
• server002 replica1 soilder02

閾值設(shè)置的是1 ，當(dāng)soilder02說 master不能使了，ok滿足第一個(gè)條件，那第二個(gè)條件是找到一個(gè)哨兵來啟動(dòng)故障恢復(fù)程序，就剩一個(gè)soilder，還怎么選舉，還需要選舉嗎？

當(dāng)然這種情況可以認(rèn)為的避免，比如可以將哨兵也可以安排在client里

• server001 master soilder01
• server002 replica1 soilder02
• server003 client1 soilder03
• server004 client2 soilder04

我把閾值設(shè)置為 1，就可以解決這個(gè)問題。

2 當(dāng)緩存不可用的時(shí)候，我怎么通知到所有使用緩存服務(wù)的客戶端，現(xiàn)在你訪問的這個(gè)有問題，你應(yīng)該訪問另外一個(gè)好的

客戶端通過哨兵來間接的訪問緩存服務(wù)。這樣做的弊端就是增加了一層網(wǎng)絡(luò)消耗。本來我直接訪問緩存拿到數(shù)據(jù)了，現(xiàn)在我需要問一下哨兵，現(xiàn)在的緩存地址是啥，我再根據(jù)這個(gè)地址訪問緩存服務(wù)。

3 備份的緩存服務(wù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)怎么和正在使用的緩存服務(wù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)保持一致

當(dāng)備胎和緩存master連上時(shí)，master負(fù)責(zé)備胎和自己保持一致性。

4 當(dāng)我down掉的節(jié)點(diǎn)可以重新提供使用，怎么能加入到緩存，當(dāng)做備胎使用

當(dāng)備胎和緩存master連上時(shí)，master負(fù)責(zé)備胎和自己保持一致性。