Redis 应用场景及应用实例

逃离我推掉我的手 2022-05-30 06:19 472阅读 0赞

Redis是一个开源的使用ANSI C语言编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、Key-Value数据库，并提供多种语言的API。从2010年3月15日起，Redis的开发工作由VMware主持。

## MySQL+Memcached架构的问题 ##

实际mysql是适合进行海量数据存储的，通过Memcached将热点数据加载到cache，加速访问，很多公司都曾经使用过这样的架构，但随着业务数据量的不断增加，和访问量的持续增长，我们遇到了很多问题：

1.  MySQL需要不断进行拆库拆表，Memcached也需不断跟着扩容，扩容和维护工作占据大量开发时间。
2.  Memcached与MySQL数据库数据一致性问题。
3.  Memcached数据命中率低或down机，大量访问直接穿透到DB，MySQL无法支撑。
4.  跨机房cache同步问题。

最近几年，业界不断涌现出很多各种各样的NoSQL产品，那么如何才能正确地使用好这些产品，最大化地发挥其长处，是我们需要深入研究和思考的问题，实际归根结底最重要的是了解这些产品的定位，并且了解到每款产品的tradeoffs，在实际应用中做到扬长避短，总体上这些NoSQL主要用于解决以下几种问题

1.  少量数据存储，高速读写访问。此类产品通过数据全部in-momery 的方式来保证高速访问，同时提供数据落地的功能，实际这正是Redis最主要的适用场景。
2.  海量数据存储，分布式系统支持，数据一致性保证，方便的集群节点添加/删除。
3.  这方面最具代表性的是dynamo和bigtable 2篇论文所阐述的思路。前者是一个完全无中心的设计，节点之间通过gossip方式传递集群信息，数据保证最终一致性，后者是一个中心化的方案设计，通过类似一个分布式锁服务来保证强一致性,数据写入先写内存和redo log，然后定期compat归并到磁盘上，将随机写优化为顺序写，提高写入性能。
4.  Schema free，auto-sharding等。比如目前常见的一些文档数据库都是支持schema-free的，直接存储json格式数据，并且支持auto-sharding等功能，比如MongoDB。

redis最适合所有数据in-momory的场景，虽然Redis也提供持久化功能，但实际更多的是一个disk-backed的功能，跟传统意义上的持久化有比较大的差别，那么可能大家就会有疑问，似乎Redis更像一个加强版的Memcached，那么何时使用Memcached,何时使用 Redis呢?

如果简单地比较Redis与Memcached的区别，大多数都会得到以下观点：

1.  Redis不仅仅支持简单的k/v类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储。
2.  Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。
3.  Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保持在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。

## Redis实际应用场景 ##

Redis在很多方面与其他数据库解决方案不同：它使用内存提供主存储支持，而仅使用硬盘做持久性的存储;它的数据模型非常独特，用的是单线程。另一个大区别在于，你可以在开发环境中使用Redis的功能，但却不需要转到Redis。

转向Redis当然也是可取的，许多开发者从一开始就把Redis作为首选数据库;但设想如果你的开发环境已经搭建好，应用已经在上面运行了，那么更换数据库框架显然不那么容易。另外在一些需要大容量数据集的应用，Redis也并不适合，因为它的数据集不会超过系统可用的内存。所以如果你有大数据应用，而且主要是读取访问模式，那么Redis并不是正确的选择。

然而我喜欢Redis的一点就是你可以把它融入到你的系统中来，这就能够解决很多问题，比如那些你现有的数据库处理起来感到缓慢的任务。这些你就可以通过 Redis来进行优化，或者为应用创建些新的功能。在本文中，我就想探讨一些怎样将Redis加入到现有的环境中，并利用它的原语命令等功能来解决 传统环境中碰到的一些常见问题。在这些例子中，Redis都不是作为首选数据库。

#### 显示最新的项目列表 ####

下面这个语句常用来显示最新项目，随着数据多了，查询毫无疑问会越来越慢。

SELECT * FROM foo WHERE … ORDER BY time DESC LIMIT 10

在Web应用中，“列出最新的回复”之类的查询非常普遍，这通常会带来可扩展性问题。

比如说，我们的一个Web应用想要列出用户贴出的最新20条评论。我们假设数据库中的每条评论都有一个唯一的递增的ID字段。  
使用Redis的模板，每次新评论发表时，我们会将它的ID添加到一个Redis列表：

LPUSH latest.comments id

我们将列表裁剪为指定长度，因此Redis只需要保存最新的20条评论，防止浪费内存：

LTRIM latest.comments 0 20

之后用LRange取出即可

#### 排行榜相关 ####

另一个很普遍的需求是各种数据库的数据并非存储在内存中，因此在按得分排序以及实时更新这些几乎每秒钟都需要更新的功能上数据库的性能不够理想。  
典型的比如那些在线游戏的排行榜，比如一个Facebook的游戏，根据得分你通常想要：

*  列出前100名高分选手
 *  列出某用户当前的全球排名

这些操作对于Redis来说小菜一碟，即使你有几百万个用户，每分钟都会有几百万个新的得分。  
模式是这样的，每次获得新得分时，我们用这样的代码：

ZADD leaderboard scroe username

你可能用userID来取代username，这取决于你是怎么设计的。  
得到前100名高分用户很简单：ZREVRANGE leaderboard 0 99。  
用户的全球排名也相似，只需要：ZRANK leaderboard username。

#### 计数 ####

Redis是一个很好的计数器，这要感谢INCRBY和其他相似命令。  
我相信你曾许多次想要给数据库加上新的计数器，用来获取统计或显示新信息，但是最后却由于写入敏感而不得不放弃它们。  
好了，现在使用Redis就不需要再担心了。有了原子递增(atomic increment)，你可以放心的加上各种计数，用GETSET重置，或者是让它们过期。  
例如这样操作：  
INCR user: EXPIRE

#### Pub/Sub ####

Redis的Pub/Sub非常非常简单，运行稳定并且快速。支持模式匹配，能够实时订阅与取消频道。

#### 队列 ####

你应该已经注意到像list push和list pop这样的Redis命令能够很方便的执行队列操作了，但能做的可不止这些：比如Redis还有list pop的变体命令，能够在列表为空时阻塞队列。  
现代的互联网应用大量地使用了消息队列(Messaging)。消息队列不仅被用于系统内部组件之间的通信，同时也被用于系统跟其它服务之间的交互。消息队列的使用可以增加系统的可扩展性、灵活性和用户体验。非基于消息队列的系统，其运行速度取决于系统中最慢的组件的速度(注：短板效应)。而基于消息队列可以将系统中各组件解除耦合，这样系统就不再受最慢组件的束缚，各组件可以异步运行从而得以更快的速度完成各自的工作。

## Redis使用的重要点 ##

#### rdb/aof Backup! ####

我们线上的Redis 95%以上是承担后端存储功能的，我们不仅用作cache，而更为一种k-v存储，他完全替代了后端的存储服务(MySQL)，故其数据是非常重要的，如果出现数据污染和丢失，误操作等情况，将是难以恢复的。所以备份是非常必要的!为此，我们有共享的hdfs资源作为我们的备份池，希望能随时可以还原业务所需数据。

#### Small item & Small instance! ####

由于Redis单线程(严格意义上不是单线程，但认为对request的处理是单线程的)的模型，大的数据结构list,sorted set,hash set的批量处理就意味着其他请求的等待，故使用Redis的复杂数据结构一定要控制其单key-struct的大小。  
另外，Redis单实例的内存容量也应该有严格的限制。单实例内存容量较大后，直接带来的问题就是故障恢复或者Rebuild从库的时候时间较长，而更糟糕的是，Redis rewrite aof和save rdb时，将会带来非常大且长的系统压力，并占用额外内存，很可能导致系统内存不足等严重影响性能的线上故障。我们线上96G/128G内存服务器不建议单实例容量大于20/30G。

#### Been Available! ####

业界资料和使用比较多的是Redis sentinel(哨兵)

#### In Memory or not? ####

发现一种情况，开发在沟通后端资源设计的时候，常常因为习惯使用和错误了解产品定位等原因，而忽视了对真实使用用户的评估。也许这是一份历史数据，只有最近一天的数据才有人进行访问，而把历史数据的容量和最近一天请求量都抛给内存类的存储现实是非常不合理的。  
所以当你在究竟使用什么样的数据结构存储的时候，请务必先进行成本衡量，有多少数据是需要存储在内存中的?有多少数据是对用户真正有意义的。因为这其实对后端资源的设计是至关重要的，1G的数据容量和1T的数据容量对于设计思路是完全不一样的