簡介

Redis是一個開源(BSD許可)的內存數據結構存儲，用作資料庫、緩存和消息代理。它支持諸如字元串、散列、列表、集、帶範圍查詢的排序集、點陣圖、hyperloglog、帶半徑查詢和流的地理空間索引等數據結構。

Redis具有內置的複製、Lua腳本、LRU清除、事務和不同級別的磁碟持久性，並通過Redis Sentinel和Redis集羣的自動分區提供高可用性。

事務

為了保證多條命令組合的原子性，Redis提供了簡單的事務功能以及集成Lua腳本來解決這個問題。簡單介紹Redis中事務的使用方法以及它的侷限性。

Redis提供了簡單的事務功能，將一組需要一起執行的命令放到multi和exec兩個命令之間。

  • multi命令代表事務開始。
  • exec命令代表事務結束。
  • 它們之間的命令是原子順序執行的。
  • 它不支持事務中的回滾特性。

發布訂閱

Redis提供了基於「發布/訂閱」模式的消息機制，此種模式下，消息發布者和訂閱者不進行直接通信，發布者客戶端向指定的頻道（channel）發布消息，訂閱該頻道的每個客戶端都可以收到該消息。

發布消息

publish channel:sports "Tim won the championship

訂閱消息

subscribe channel:sports

有關訂閱命令有兩點需要注意：

  • 客戶端在執行訂閱命令之後進入了訂閱狀態，只能接收subscribe、

psubscribe、unsubscribe、punsubscribe的四個命令。

  • 新開啟的訂閱客戶端，無法收到該頻道之前的消息，因為Redis不會對發布的消息進行持久化。

Redis發布訂閱與成熟MQ的比較

  1. MQ支持多種消息協議，包括AMQP，MQTT，Stomp等，並且支持JMS規範，但Redis沒有提供對這些協議的支持；
  2. MQ提供持久化功能，但Redis無法對消息持久化存儲，一旦消息被發送，如果沒有訂閱者接收，那麼消息就會丟失；
  3. MQ提供了消息傳輸保障，當客戶端連接超時或事務回滾等情況發生時，消息會被重新發送給客戶端，Redis沒有提供消息傳輸保障。

總之，MQ所提供的功能遠比Redis發布訂閱要複雜，畢竟Redis不是專門做發布訂閱的，但是如果系統中已經有了Redis，並且需要基本的發布訂閱功能，就沒有必要再安裝MQ了，因為可能MQ提供的功能大部分都用不到，而且你可以容忍redis發布訂閱的缺點的話，可以考慮用它。

持久化

Redis支持RDB和AOF兩種持久化機制，持久化功能有效地避免因進程退出造成的數據丟失問題，當下次重啟時利用之前持久化的文件即可實現數據恢復。

RDB持久化

RDB持久化是把當前進程數據生成快照保存到硬碟的過程，觸發RDB持久化過程分為手動觸發和自動觸發。

RDB的優缺點

優點：

  1. RDB是一個緊湊壓縮的二進位文件，代表Redis在某個時間點上的數據快照。非常適用於備份，全量複製等場景。比如每6小時執行bgsave備份，並把RDB文件拷貝到遠程機器或者文件系統中（如hdfs），用於災難恢復。
  2. Redis載入RDB恢複數據遠遠快於AOF的方式。

缺點：

  1. RDB方式數據沒辦法做到實時持久化/秒級持久化。因為bgsave每次運行都要執行fork操作創建子進程，屬於重量級操作，頻繁執行成本過高。
  2. RDB文件使用特定二進位格式保存，Redis版本演進過程中有多個格式的RDB版本，存在老版本Redis服務無法兼容新版RDB格式的問題。

針對RDB不適合實時持久化的問題，Redis提供了AOF持久化方式來解決。

AOF持久化

AOF（append only file）持久化：以獨立日誌的方式記錄每次寫命令，重啟時再重新執行AOF文件中的命令達到恢複數據的目的。

AOF的主要作用是解決了數據持久化的實時性，目前已經是Redis持久化的主流方式。

開啟AOF，通過修改redis.conf配置文件

appendonly yes ##默認不開啟。

AOF文件名通過appendfilename配置設置，默認文件名appendonly.aof。保存路徑同RDB持久化方式一致，通過dir配置指定。

AOF的工作流程如下圖：

  1. 所有的寫入命令會追加到aof_buf（緩衝區）中。
  2. AOF緩衝區根據對應的策略向硬碟做同步操作。
  3. 隨著AOF文件越來越大，需要定期對AOF文件進行重寫，達到壓縮的目的。
  4. 當Redis伺服器重啟時，可以載入AOF文件進行數據恢復。

溫馨提示

場景：AOF文件可能存在結尾不完整的情況，比如機器突然掉電導致AOF尾部文件命令寫入不全。

解決方法：

  1. 對於錯誤格式的AOF文件，先進行備份，然後採用redis-check-aof --fix命令進行修復，修復後使用diff-u對比數據的差異，找出丟失的數據，有些可以人工修改補全。
  2. Redis為我們提供了aof-load-truncated配置來兼容這種情況，默認開啟。載入AOF時，當遇到此問題時會忽略並繼續啟動，同時列印如下警告日誌：

# !!! Warning: short read while loading the AOF file !!!
# !!! Truncating the AOF at offset 397856725 !!!
# AOF loaded anyway because aof-load-truncated is enabled

持久化的優化

Redis持久化功能一直是影響Redis性能的高發地。主要有以下方面

1. fork操作

起因：對於高流量的Redis實例OPS可達5萬以上，如果fork操作耗時在秒級別將拖慢Redis幾萬條命令執行，對線上應用延遲影響非常明顯。正常情況下fork耗時應該是每GB消耗20毫秒左右。可以在info stats統計中查latest_fork_usec指標獲取最近一次fork操作耗時，單位微秒。

優化：

  1. 優先使用物理機或者高效支持fork操作的虛擬化技術，避免使用Xen。
  2. 控制Redis實例最大可用內存，fork耗時跟內存量成正比，線上建議每個Redis實例內存控制在10GB以內。
  3. 合理配置Linux內存分配策略，避免物理內存不足導致fork失敗。
  4. 降低fork操作的頻率，如適度放寬AOF自動觸發時機，避免不必要的全量複製等。

CPU

  • CPU開銷分析。子進程負責把進程內的數據分批寫入文件，這個過程屬於CPU密集操作，通常子進程對單核CPU利用率接近90%。
  • CPU消耗優化。Redis是CPU密集型服務，不要做綁定單核CPU操作。由於子進程非常消耗CPU，會和父進程產生單核資源競爭。
  • 不要和其他CPU密集型服務部署在一起，造成CPU過度競爭。如果部署多個Redis實例，盡量保證同一時刻只有一個子進程執行重寫工作。

內存

內存消耗優化：

  1. 同CPU優化一樣，如果部署多個Redis實例，盡量保證同一時刻只有一個子進程在工作。
  2. 避免在大量寫入時做子進程重寫操作，這樣將導致父進程維護大量頁副本，造成內存消耗。

硬碟

優化方法如下：

  • 不要和其他高硬碟負載的服務部署在一起。如：存儲服務、消息隊列服務等。
  • AOF重寫時會消耗大量硬碟IO，可以開啟配置no-appendfsync-on-rewrite，默認關閉。表示在AOF重寫期間不做fsync操作。
  • 當開啟AOF功能的Redis用於高流量寫入場景時，如果使用普通機械磁碟，寫入吞吐一般在100MB/s左右，這時Redis實例的瓶頸主要在AOF同步硬碟上。
  • 對於單機配置多個Redis實例的情況，可以配置不同實例分盤存儲AOF文件，分攤硬碟寫入壓力。

註：配置no-appendfsync-on-rewrite=yes時，在極端情況下可能丟失整個AOF重寫期間的數據，需要根據數據安全性決定是否配置。

AOF追加阻塞

當開啟AOF持久化時，常用的同步硬碟的策略是everysec，用於平衡性能和數據安全性。對於這種方式，Redis使用另一條線程每秒執行fsync同步硬碟。當系統硬碟資源繁忙時，會造成Redis主線程阻塞，

阻塞流程分析：

  1. 主線程負責寫入AOF緩衝區。
  2. AOF線程負責每秒執行一次同步磁碟操作，並記錄最近一次同步時間。
  3. 主線程負責對比上次AOF同步時間：如果距上次同步成功時間在2秒內，主線程直接返回。如果距上次同步成功時間超過2秒，主線程將會阻塞，直到同步操作完成。

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