全面了解 Redis 高级特性,实现高性能、高可靠的数据存储和处理 ...

圆咕噜咕噜  论坛元老 | 2023-4-4 14:11:07 | 显示全部楼层 | 阅读模式
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Redis 是一种高性能、高可靠的内存数据存储和处理系统，它支持多种数据结构和协议，可以用于各种不同的应用场景。本文将介绍 Redis 的高级特性，包括持久化、事务、Lua 脚本等方面，以及如何使用这些特性实现高性能、高可靠的数据存储和处理。
高性能、高可用、高可扩展性的原理


  • 基于内存的数据结构：Redis将数据存储在内存中，而不是硬盘中，因此可以实现非常高速的读写操作。
  • 单线程的模型：Redis采用单线程的模型，避免了多线程之间的竞争问题，也减少了线程切换的开销。
  • 高效的网络通信：Redis采用自己设计的简单协议进行通信，协议本身非常轻量级，减少了网络传输的开销。
  • 异步非阻塞式IO：Redis采用异步非阻塞的IO模型，当IO操作完成后才会通知应用程序，避免了IO阻塞对性能的影响。
  • 高效的持久化机制：Redis支持多种持久化机制，包括快照和AOF，可以满足不同的业务需求，同时也可以提高数据的安全性。
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持久化

Redis是一种内存数据库，它将数据存储在内存中，因此它非常快速。但是，如果Redis进程意外终止，所有数据将丢失。为了解决这个问题，Redis提供了持久化功能，它可以将内存中的数据异步写入磁盘，以便在Redis重启后可以恢复数据。
RDB持久化

RDB持久化是将Redis在某个时间点上的数据保存到硬盘上，可以看作是对Redis内存中的数据做一个快照。RDB持久化可以通过配置Redis服务器的时间间隔来自动触发，也可以手动执行。
AOF持久化

AOF持久化是将Redis的写操作以文本形式追加到文件中。AOF文件中的每个写操作都是一个Redis命令，当Redis服务器重启时，可以通过执行AOF文件中的所有命令来恢复数据。
持久化的配置

RDB配置

RDB持久化的配置文件为redis.conf。在配置文件中，可以通过以下配置项来控制RDB持久化的行为：

  • save：指定Redis自动触发RDB持久化的条件，格式为 save ，其中seconds表示时间间隔，changes表示数据变化的次数。例如，save 900 1 表示如果900秒内有至少1个键被修改，则触发RDB持久化。
  • stop-writes-on-bgsave-error：如果设置为yes，则如果RDB持久化失败，Redis服务器将停止接受写请求，直到RDB持久化成功为止。
    Redis还提供了以下与RDB持久化相关的命令：
  • save：手动触发RDB持久化。
  • bgsave：在后台异步执行RDB持久化。
AOF配置

AOF持久化的配置文件为redis.conf。在配置文件中，可以通过以下配置项来控制AOF持久化的行为：

  • appendonly：如果设置为yes，则开启AOF持久化。
  • appendfsync：指定AOF缓冲区何时将数据同步到硬盘，有以下三个选项：

    • always：每个Redis命令都会立即同步到硬盘。
    • everysec：每秒将AOF缓冲区中的数据同步到硬盘。
    • no：完全依赖操作系统将数据同步到硬盘。

  • no-appendfsync-on-rewrite：如果设置为yes，则当Redis执行AOF重写时，不将数据同步到硬盘。
    Redis还提供了以下与AOF持久化相关的命令：
  • bgrewriteaof：在后台异步执行AOF重写。
  • bgappendonly：在后台异步执行AOF缓冲区的数据同步到硬盘。
持久化的恢复

RDB的恢复

RDB持久化的恢复比较简单，只需将RDB文件复制到Redis服务器的工作目录，并在redis.conf文件中指定RDB文件的路径即可。Redis服务器启动时会自动加载RDB文件，并恢复数据。
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AOF的恢复

AOF持久化的恢复相对复杂。首先，需要将AOF文件加载到Redis服务器中：
  1. plaintextCopy code
  2. redis-cli
  3. CONFIG SET appendonly yes
  4. BGREWRITEAOF
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然后，需要清空Redis服务器中的数据：
  1. plaintextCopy code
  2. redis-cli
  3. FLUSHALL
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最后，执行AOF文件中的所有命令，恢复数据：
  1. plaintextCopy code
  2. redis-cli
  3. CONFIG SET appendonly yes
  4. BGREWRITEAOF
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RDB和AOF的选择

在选择持久化方式时，需要根据实际的业务场景和需求来选择RDB或AOF持久化。如果对数据完整性要求较高，可以选择AOF持久化；如果对数据完整性要求不高，可以选择RDB持久化。
持久化对性能的影响

持久化会对Redis服务器的性能产生一定的影响，特别是在执行RDB持久化时，由于需要fork出子进程，会占用一定的CPU和内存资源。因此，在配置持久化时，需要根据实际情况来平衡数据安全和性能的需求。
数据的丢失问题

由于Redis的持久化是异步的，因此在Redis意外终止时，可能会丢失部分数据。为了最小化数据丢失的风险，可以使用AOF持久化，并将appendfsync设置为always。这将确保每个写操作都同步到磁盘上的AOF文件中。
事务

Redis事务是指在一次操作中执行多个命令，并且这些命令要么全部被执行，要么全部不执行。Redis事务可以保证一系列命令的原子性执行。
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事务的优点


  • 原子性：Redis事务可以保证多个命令的原子性执行，即要么全部执行，要么全部不执行。
  • 性能：Redis事务可以将多个命令打包成一个批量操作，从而减少网络通信的开销，提高性能。
  • 一致性：Redis事务可以保证多个命令的一致性，即在执行事务期间，其他客户端不会对这些命令进行修改。
实现方式


  • MULTI：开始一个事务。
  • EXEC：执行事务中的所有命令。
  • DISCARD：取消事务。
  • WATCH：监视一个或多个键，如果在事务执行期间这些键被修改，事务将被取消。
示例:
  1. /**
  2.      * 事务操作
  3.      * @param isOpenError 是否开启异常
  4.      */
  5.     public void transactionalMethod(boolean isOpenError) {
  6.         redisTemplate.execute(new SessionCallback<List<Object>>() {
  7.             @Override
  8.             public List<Object> execute(RedisOperations operations) {
  9.                 operations.multi(); // 开启事务
  10.                 ValueOperations<String, String> valueOps = operations.opsForValue();
  11.                 valueOps.set("key1", "value1");
  12.                 if(isOpenError){
  13.                     int i = 1 / 0;
  14.                 }
  15.                 valueOps.set("key2", "value2");
  16.                 List exec = operations.exec();//提交事务
  17.                 return exec;
  18.             }
  19.         });
  20.     }
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注意事项


  • Redis事务不支持回滚操作。
  • 如果在执行事务期间，键被其他客户端修改，那么事务将被取消。
  • Redis事务不支持嵌套事务。
  • Redis事务中的命令不能使用事务外的数据。
  • Redis事务中的命令不支持乐观锁。
应用场景


  • 批量操作：将多个命令打包成一个事务，从而减少网络通信的开销，提高性能。
  • 保证数据一致性：在需要保证数据一致性的场景中使用Redis事务可以避免因为并发操作导致数据不一致的问题。
发布订阅

发布和订阅是 Redis 的一种消息传递机制，它可以实现多个客户端之间的消息通信。下面是一个简单的 Redis 发布和订阅的示例
实现消息订阅者
  1. public class RedisMessageListener implements MessageListener {
  2.     @Override
  3.     public void onMessage(Message message, byte[] bytes) {
  4.         System.out.println("收到消息: " + message.toString());
  5.     }
  6. }
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注册消息订阅者
  1. @Bean
  2.     public RedisMessageListenerContainer redisContainer() {
  3.         RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
  4.         container.setConnectionFactory(redisTemplate().getConnectionFactory());
  5.         container.addMessageListener(new RedisMessageListener(), new ChannelTopic("pubsub:example"));
  6.         return container;
  7.     }
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发送消息
  1. public void publish(String message) {
  2.         redisTemplate.convertAndSend("pubsub:example", message);
  3.     }
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lua脚本
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Redis 支持 Lua 脚本，可以通过编写 Lua 脚本来实现复杂的数据操作和处理。Redis 的 Lua 脚本可以访问 Redis 数据库，Redis 提供的各种命令和函数。
下面是一个使用lua脚本实现redis自增计数器的示例
  1. public Long increment(String key) {
  2.         DefaultRedisScript<Long> script = new DefaultRedisScript<>();
  3.         script.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("lua/increment.lua")));
  4.         script.setResultType(Long.class);
  5.         List<String> keys = Collections.singletonList(key);
  6.         return redisTemplate.execute(script, keys);
  7.     }
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lua脚本
  1. local key = KEYS[1]
  2. local value = redis.call('INCR', key)
  3. return value
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使用 Lua 脚本可以将多个 Redis 命令封装在一个脚本中，减少网络开销和服务器负载。此外，Lua 脚本还可以实现 Redis 不支持的数据结构和算法，可以扩展 Redis 的功能和应用范围。
管道操作

管道（pipeline）是一种高效的Redis命令执行方式，它可以在一次通信中发送多个Redis命令，并一次性获取所有命令的响应结果。这种方式可以有效地降低Redis服务器的网络延迟和通信开销，提高Redis的性能。
下面是一个使用管道操作的示例
  1. /**
  2.      * 管道操作
  3.      * 注意管道操作不支持事务和watch命令，需要谨慎使用。
  4.      * 管道操作会将多个命令打包成一个请求发送给Redis服务器，
  5.      * 如果其中一个命令执行失败，那么整个管道操作都会失败
  6.      */
  7.     public void pipelineExample() {
  8.         List<Object> results = redisTemplate.executePipelined(new RedisCallback<Object>() {
  9.             @Override
  10.             public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
  11.                 connection.stringCommands().set("key1".getBytes(), "value1".getBytes());
  12.                 connection.stringCommands().set("key2".getBytes(), "value2".getBytes());
  13.                 connection.stringCommands().set("key3".getBytes(), "value3".getBytes());
  14.                 return null;
  15.             }
  16.         });
  17.         System.out.println(results); // 打印结果
  18.     }
复制代码
完整代码地址

https://gitee.com/youlaiorg/youlai-learning.git
总结

本文介绍了Redis的高级特性，包括持久化、事务、发布订阅、lua脚本和管道操作。其中，持久化可以实现数据的持久化存储，事务可以保证一系列命令的原子性执行，发布订阅可以实现多个客户端之间的消息通信，lua脚本可以实现复杂的数据操作和处理，管道操作可以在一次通信中发送多个Redis命令。此外，本文还介绍了Redis高性能、高可用、高可扩展性的原理，包括基于内存的数据结构、单线程的模型、高效的网络通信、异步非阻塞式IO和高效的持久化机制。
  1. 做事要讲求团队合作，相互支持，共同进步。
复制代码
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