前言

作為Java程序員，在面試過(guò)程中，緩存相關(guān)的問(wèn)題是躲不掉的，肯定會(huì)問(wèn)，例如緩存一致性問(wèn)題，緩存雪崩、擊穿、穿透等。說(shuō)到緩存，那肯定少不了Redis，我在面試的時(shí)候也是被問(wèn)了很多關(guān)于Redis相關(guān)的知識(shí)，但是Redis的功能太強(qiáng)大了，并不是一時(shí)半會(huì)兒能掌握好的，因?yàn)橛行└呒?jí)特性或是知識(shí)平時(shí)并不會(huì)用到。
所以回答的不好，人家就會(huì)覺(jué)得你對(duì)自己平時(shí)使用的工具都沒(méi)有了解，自然就涼涼了。其實(shí)很早就有這個(gè)打算，打算好好總結(jié)一下Redis的知識(shí)，但也是由于自己都沒(méi)有好好的了解Redis呢，所以一直沒(méi)有開(kāi)始。這次準(zhǔn)備慢慢的來(lái)總結(jié)。

Redis為什么這么快

Redis是一個(gè)由C語(yǔ)言編寫的開(kāi)源的，基于內(nèi)存，支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可持久化的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)。
它速度快主要是有以下幾個(gè)原因：

• 基于內(nèi)存運(yùn)行，性能高效；
• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高效，例如String是由動(dòng)態(tài)字符數(shù)組構(gòu)成，zset內(nèi)部的跳表；
• 采用單線程，避免了線程的上下文切換，也避免了線程競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生的死鎖等問(wèn)題；
• 使用I/O多路復(fù)用模型，非阻塞IO；

官網(wǎng)上給出單臺(tái)Redis的可以達(dá)到10w+的QPS的， 一臺(tái)服務(wù)器上在使用Redis的時(shí)候單核的就夠了，但是目前服務(wù)器都是多核CPU，要想不浪費(fèi)資源，又能提交效率，可以在一臺(tái)服務(wù)器上部署多個(gè)Redis實(shí)例。

高可用方案

雖然單臺(tái)Redis的的性能很好，但是Redis的單節(jié)點(diǎn)并不能保證它不會(huì)掛了啊，畢竟單節(jié)點(diǎn)的Redis是有上限的，而且人家單節(jié)點(diǎn)又要讀又要寫，小身板扛不住咋辦，所以為了保證高可用，一般都是做成集群。

主從（Master-Slave）

Redis官方是支持主從同步的，而且還支持從從同步，從從同步也可以理解為主從同步，只不過(guò)從從同步的主節(jié)點(diǎn)是另一個(gè)主從的從節(jié)點(diǎn)。

有了主從同步的集群，那么主節(jié)點(diǎn)就負(fù)責(zé)提供寫操作，而從節(jié)點(diǎn)就負(fù)責(zé)支持讀操作。

那么他們之間是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的呢？

如果Slave（從節(jié)點(diǎn)）是第一次跟Master進(jìn)行連接，

• 那么會(huì)首先會(huì)向Master發(fā)送同步請(qǐng)求psync；
• 主節(jié)點(diǎn)接收到同步請(qǐng)求，開(kāi)始fork主子進(jìn)程開(kāi)始進(jìn)行全量同步，然后生成RDB文件；
• 這個(gè)時(shí)候主節(jié)點(diǎn)同時(shí)會(huì)將新的寫請(qǐng)求，保存到緩存區(qū)（buffer）中；
• 從節(jié)點(diǎn)接收到RDB文件后，先清空老數(shù)據(jù)，然后將RDB中數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中；
• 等到從節(jié)點(diǎn)將RDB文件同步完成后再同步緩存區(qū)中的寫請(qǐng)求。

數(shù)組被占滿之后就會(huì)覆蓋掉最早之前的數(shù)據(jù)。

所以如果由于網(wǎng)絡(luò)或是其他原因，造成緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)被覆蓋了，那么當(dāng)從節(jié)點(diǎn)處理完主節(jié)點(diǎn)的RDB文件后，就不得不又要進(jìn)行一全量的RDB文件的復(fù)制，才能保證主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致。

如果不設(shè)置好合理的buffer區(qū)空間，是會(huì)造成一個(gè)RDB復(fù)制的死循環(huán)。

當(dāng)主從間的數(shù)據(jù)同步完成之后，后面主節(jié)點(diǎn)的每次寫操作就都會(huì)同步到從節(jié)點(diǎn)，這樣進(jìn)行增量同步了。

由于負(fù)載的不斷上升就導(dǎo)致了主從之間的延時(shí)變大，所以就有了上面我說(shuō)的從從同步了，主節(jié)點(diǎn)先同步到一部分從節(jié)點(diǎn)，然后由從節(jié)點(diǎn)去同步其他的從節(jié)點(diǎn)。

在Redis從2.8.18開(kāi)始支持無(wú)盤復(fù)制，主節(jié)點(diǎn)通過(guò)套接字，一邊遍歷內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，一邊讓數(shù)據(jù)發(fā)送給從節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)和之前一樣，先將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁盤文件中，然后再一次性加載。

另外由于主從同步是異步的，所以從Redis3.0之后出現(xiàn)了同步復(fù)制，就是通過(guò)wait命令來(lái)進(jìn)行控制，wait命令有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是從庫(kù)數(shù)量，第二個(gè)是等待從庫(kù)的復(fù)制時(shí)間，如果第二個(gè)參數(shù)設(shè)置為0，那么就是代表要等待所有從庫(kù)都復(fù)制完才去執(zhí)行后面的命令。
但是這樣就會(huì)存在一個(gè)隱患，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)異常后，wait命令會(huì)一直阻塞下去，導(dǎo)致Redis不可用。

哨兵（Sentinel）

哨兵可以監(jiān)控Redis集群的健康狀態(tài)，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)掛掉之后，選舉出新的主節(jié)點(diǎn)。客戶端在使用Redis的時(shí)候會(huì)先通過(guò)Sentinel來(lái)獲取主節(jié)點(diǎn)地址，然后再通過(guò)主節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)掛掉之后，客戶端會(huì)再次向Sentinel獲取主節(jié)點(diǎn)，這樣客戶端就可以無(wú)感知的繼續(xù)使用了。

哨兵集群工作過(guò)程，主節(jié)點(diǎn)掛掉之后會(huì)選舉出新的主節(jié)點(diǎn)，然后監(jiān)控掛掉的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)掛掉的節(jié)點(diǎn)恢復(fù)后，原先的主節(jié)點(diǎn)就會(huì)變成從節(jié)點(diǎn)，從新的主節(jié)點(diǎn)那里建立主從關(guān)系。

集群分片（Redis Cluster）

Redis Cluster是Redis官方推薦的集群模式，Redis Cluster將所有數(shù)據(jù)劃分到16384個(gè)槽（slots）中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)一部分槽位的讀寫操作。

存儲(chǔ)

Redis Cluster默認(rèn)是通過(guò)CRC16算法獲取到key的hash值，然后再對(duì)16384進(jìn)行取余（CRC16(key)%16384），獲取到的槽位在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)的范圍內(nèi)（這里一般是會(huì)有一個(gè)槽位和節(jié)點(diǎn)的映射表來(lái)進(jìn)行快速定位節(jié)點(diǎn)的，通常使用bitmap來(lái)實(shí)現(xiàn)），就存儲(chǔ)在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

重定向

當(dāng)Redis Cluster的客戶端在和集群建立連接的時(shí)候，也會(huì)獲得一份槽位和節(jié)點(diǎn)的配置關(guān)系（槽位和節(jié)點(diǎn)的映射表），這樣當(dāng)客戶端要查找某個(gè)key時(shí)，可以直接定位到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

但是當(dāng)客戶端發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，如果接收請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)的槽位并不在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上，那么會(huì)返回MOVED指令將正確的槽位和節(jié)點(diǎn)信息返回給客戶端，客戶接著請(qǐng)求正確的節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)。

一般客戶端在接收到MOVED指令后，也會(huì)更新自己本地的槽位和節(jié)點(diǎn)的映射表，這樣下次獲取數(shù)據(jù)時(shí)就可以直接命中了。這整個(gè)重定向的過(guò)程對(duì)客戶端是透明的。

數(shù)據(jù)遷移

當(dāng)集群中新增節(jié)點(diǎn)或刪除節(jié)點(diǎn)后，節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)遷移是按槽位為單位的，一個(gè)槽位一個(gè)槽位的遷移，當(dāng)遷移時(shí)原節(jié)點(diǎn)狀態(tài)處于：magrating，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)處于：importing。

在遷移過(guò)程中，客戶端首先訪問(wèn)舊節(jié)點(diǎn)，如果數(shù)據(jù)還在舊節(jié)點(diǎn)，那么舊節(jié)點(diǎn)正常處理，如果不在舊節(jié)點(diǎn)，就會(huì)返回一個(gè)-ASK + 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址的指令，客戶端收到這個(gè)-ASK指令后，向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行一個(gè)asking指令（告訴新節(jié)點(diǎn)，必須處理客戶端這個(gè)數(shù)據(jù)），然后再向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行客戶端的訪問(wèn)數(shù)據(jù)的指令。

容錯(cuò)

Redis Cluster可以為每個(gè)主節(jié)點(diǎn)設(shè)置多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，當(dāng)單個(gè)主節(jié)點(diǎn)掛掉后，集群會(huì)自動(dòng)將其中某個(gè)從節(jié)點(diǎn)提升為主節(jié)點(diǎn)，若沒(méi)有從節(jié)點(diǎn)，那么集群將處于不可用狀態(tài)。
Redis提供了一個(gè)參數(shù)：cluster-require-full-coverage，用來(lái)配置可以允許部分節(jié)點(diǎn)出問(wèn)題后，還有其他節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行時(shí)可以正常提供服務(wù)。

另外一點(diǎn)比較特殊的是，Cluster中當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)某個(gè)其他節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)失聯(lián)了，這個(gè)時(shí)候問(wèn)題節(jié)點(diǎn)只是PFail（Possibly-可能下線），然后它會(huì)把這個(gè)失聯(lián)信息廣播給其他節(jié)點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到某個(gè)節(jié)點(diǎn)的失聯(lián)信息達(dá)到集群的大多數(shù)時(shí)，就可以將失聯(lián)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為下線，然后將下線信息廣播給其他節(jié)點(diǎn)。若失聯(lián)節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，那么將立即對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行主從切換。

Redis高可用就先說(shuō)到這里吧，后面其實(shí)還有Codis，但是目前Cluster逐漸流行起來(lái)了，Codis的競(jìng)爭(zhēng)力逐漸被蠶食，而且對(duì)新版本的支持，更新的也比較慢，所以這里就不說(shuō)它了，感興趣的可以自己去了解一下，國(guó)人開(kāi)源的Redis集群模式Codis。

持久化

Redis持久化的意義在于，當(dāng)出現(xiàn)宕機(jī)問(wèn)題后，能將數(shù)據(jù)恢復(fù)到緩存中，它提供了兩種持久化機(jī)制：一種是快照（RDB），一種是AOF日志。

快照是一次全量備份，而AOF是增量備份。快照是內(nèi)存數(shù)據(jù)的二進(jìn)制序列化形式，存儲(chǔ)上非常緊湊，而AOF日志記錄的是內(nèi)存數(shù)據(jù)修改的指令記錄文本。

快照備份（RDB）

因?yàn)镽edis是單線程的，所以在做快照持久化的時(shí)候，通常有兩個(gè)選擇，save命令，會(huì)阻塞線程，直到備份完成；bgsave會(huì)異步的執(zhí)行備份，其實(shí)是fork出了一個(gè)子進(jìn)程，用子進(jìn)程去執(zhí)行快照持久化操作，將數(shù)據(jù)保存在一個(gè).rdb文件中。

子進(jìn)程剛剛產(chǎn)生的時(shí)候，是和父進(jìn)程共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)的，但是子進(jìn)程做持久化時(shí)，是不會(huì)修改數(shù)據(jù)的，而父進(jìn)程是要持續(xù)提供服務(wù)的，所以父進(jìn)程就會(huì)持續(xù)的修改內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)候父進(jìn)程就會(huì)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，Copy出一份來(lái)進(jìn)行修改。

父進(jìn)程copy的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)頁(yè)為單位的（4k一頁(yè)），對(duì)那一頁(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改就copy哪一頁(yè)的數(shù)據(jù)。

子進(jìn)程由于數(shù)據(jù)沒(méi)有變化就會(huì)一直的去遍歷數(shù)據(jù)，進(jìn)程持久化操作了，這就是只保留了創(chuàng)建子進(jìn)程的時(shí)候的快照。

那么RDB是在什么時(shí)候觸發(fā)的呢？

# save seconds> changes>
save 60 10000
save 300 10 

上這段配置就是在redis.conf文件中配置的，第一個(gè)參數(shù)是時(shí)間單位是秒，第二個(gè)參數(shù)執(zhí)行數(shù)據(jù)變化的次數(shù)。
意思就是說(shuō)：300秒之內(nèi)至少發(fā)生10次寫操作、
60秒之內(nèi)發(fā)生至少10000次寫操作，只要滿足任一條件，均會(huì)觸發(fā)bgsave

增量日志備份（AOF）

Redis在接收到客戶端請(qǐng)求指令后，會(huì)先進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后，立即將指令存儲(chǔ)到AOF日志文件中，就是說(shuō)，Redis是先記錄日志，再執(zhí)行命令。這樣即使命令還沒(méi)執(zhí)行突然宕機(jī)了，通過(guò)AOF日志文件也是可以恢復(fù)的。

AOF重寫

AOF日志文件，隨著時(shí)間的推移，會(huì)越來(lái)越大，所以就需要進(jìn)行重寫瘦身。AOF重寫的原理就是，fork一個(gè)子進(jìn)程，對(duì)內(nèi)存進(jìn)行遍歷，然后生成一系列的Redis指令，然后序列化到一個(gè)新的aof文件中。然后再將遍歷內(nèi)存階段的增量日志，追加到新的aof文件中，追加完成后立即替換舊的aof文件，這樣就完成了AOF的瘦身重寫。

fsync

因?yàn)锳OF是一個(gè)寫文件的IO操作，是比較耗時(shí)。所以AOF日志并不是直接寫入到日志文件的，而是先寫到一個(gè)內(nèi)核的緩存中，然后通過(guò)異步刷臟，來(lái)將數(shù)據(jù)保存到磁盤的。

由于這個(gè)情況，就導(dǎo)致了會(huì)有還沒(méi)來(lái)得急刷臟然后就宕機(jī)了，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

所以Redis提供了一個(gè)配置，可以手動(dòng)的來(lái)選擇刷臟的頻率。

• always：每一條AOF記錄都立即同步到文件，性能很低，但較為安全。
• everysec：每秒同步一次，性能和安全都比較中庸的方式，也是redis推薦的方式。如果遇到物理服務(wù)器故障，可能導(dǎo)致最多1秒的AOF記錄丟失。
• no：Redis永不直接調(diào)用文件同步，而是讓操作系統(tǒng)來(lái)決定何時(shí)同步磁盤。性能較好，但很不安全。

AOF默認(rèn)是關(guān)閉的，需要在配置文件中手動(dòng)開(kāi)啟。

# 只有在“yes”下，aof重寫/文件同步等特性才會(huì)生效 
appendonly yes 
## 指定aof文件名稱 
appendfilename appendonly.aof 
## 指定aof操作中文件同步策略，有三個(gè)合法值：always everysec no,默認(rèn)為everysec 
appendfsync everysec 
## 在aof-rewrite期間，appendfsync是否暫緩文件同步，"no"表示“不暫緩”，“yes”表示“暫緩”，默認(rèn)為“no” 
no-appendfsync-on-rewrite no 
## aof文件rewrite觸發(fā)的最小文件尺寸(mb,gb),只有大于此aof文件大于此尺寸是才會(huì)觸發(fā)rewrite，默認(rèn)“64mb”，建議“512mb” 
auto-aof-rewrite-min-size 64mb 

Redis4.0混合持久化

Redis4.0提供了一種新的持久化機(jī)制，就是RDB和AOF結(jié)合使用，將rdb文件內(nèi)容和aof文件存在一起，AOF中保存的不再是全部數(shù)據(jù)了，而是從RDB開(kāi)始的到結(jié)束的增量日志。

這樣在Redis恢復(fù)數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以先假裝RDB文件中的內(nèi)容，然后在順序執(zhí)行AOF日志中指令，這樣就將Redis重啟時(shí)恢復(fù)數(shù)據(jù)的效率得到了大幅度提升。

結(jié)尾

恩，這次就先總結(jié)到這里吧，后面會(huì)繼續(xù)總結(jié)Redis相關(guān)知識(shí)，LRU、LFU、內(nèi)存淘汰策略，管道等等。

到此這篇關(guān)于Redis為什么快如何實(shí)現(xiàn)高可用及持久化的文章就介紹到這了,更多相關(guān)redis持久化高可用內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！