如何實(shí)現(xiàn)redis分布式緩存

摘要: 第一：Redis 是什么？ Redis是基于內(nèi)存、可持久化的日志型、Key-Value數(shù)據(jù)庫 高性能存儲系統(tǒng)，并提供多種語言的API. 第二：出現(xiàn)背景 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Data Structure)需求越來越多, 但memcache中沒有, 影響開發(fā)效率 性能需求, 隨著讀操作的量的上升需要解決，經(jīng)歷的過程有:  數(shù)據(jù)庫讀寫分離(M/S)–>數(shù)據(jù)庫使用多個(gè)Slave–>增加Cache (memcache)–>轉(zhuǎn)到Redis 解決寫的問題：  水平拆分，對表的拆分，將有的用戶放在這個(gè)表，有的用戶放在另外一個(gè)表；

第一：Redis 是什么？

Redis是基于內(nèi)存、可持久化的日志型、Key-Value數(shù)據(jù)庫 高性能存儲系統(tǒng)，并提供多種語言的API.

第二：出現(xiàn)背景

• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Data Structure)需求越來越多, 但memcache中沒有, 影響開發(fā)效率

• 性能需求, 隨著讀操作的量的上升需要解決，經(jīng)歷的過程有: 
  數(shù)據(jù)庫讀寫分離(M/S)–>數(shù)據(jù)庫使用多個(gè)Slave–>增加Cache (memcache)–>轉(zhuǎn)到Redis

• 解決寫的問題： 
  水平拆分，對表的拆分，將有的用戶放在這個(gè)表，有的用戶放在另外一個(gè)表；

• 可靠性需求 
  Cache的"雪崩"問題讓人糾結(jié) 
  Cache面臨著快速恢復(fù)的挑戰(zhàn)

• 開發(fā)成本需求 
  Cache和DB的一致性維護(hù)成本越來越高(先清理DB, 再清理緩存, 不行啊, 太慢了!) 
  開發(fā)需要跟上不斷涌入的產(chǎn)品需求 
  硬件成本最貴的就是數(shù)據(jù)庫層面的機(jī)器，基本上比前端的機(jī)器要貴幾倍，主要是IO密集型，很耗硬件；

• 維護(hù)性復(fù)雜 
  一致性維護(hù)成本越來越高； 
  BerkeleyDB使用B樹，會一直寫新的，內(nèi)部不會有文件重新組織；這樣會導(dǎo)致文件越來越大；大的時(shí)候需要進(jìn)行文件歸檔，歸檔的操作要定期做； 
  這樣，就需要有一定的down time；

基于以上考慮， 選擇了Redis

第三：Redis 在新浪微博中的應(yīng)用

Redis簡介

1. 支持5種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

支持strings, hashes, lists, sets, sorted sets 
string是很好的存儲方式，用來做計(jì)數(shù)存儲。sets用于建立索引庫非常棒；

2. K-V 存儲 vs K-V 緩存

新浪微博目前使用的98%都是持久化的應(yīng)用，2%的是緩存，用到了600+服務(wù)器 
Redis中持久化的應(yīng)用和非持久化的方式不會差別很大： 
非持久化的為8-9萬tps，那么持久化在7-8萬tps左右； 
當(dāng)使用持久化時(shí)，需要考慮到持久化和寫性能的配比，也就是要考慮redis使用的內(nèi)存大小和硬盤寫的速率的比例計(jì)算；

3. 社區(qū)活躍

Redis目前有3萬多行代碼, 代碼寫的精簡，有很多巧妙的實(shí)現(xiàn)，作者有技術(shù)潔癖 
Redis的社區(qū)活躍度很高，這是衡量開源軟件質(zhì)量的重要指標(biāo)，開源軟件的初期一般都沒有商業(yè)技術(shù)服務(wù)支持，如果沒有活躍社區(qū)做支撐，一旦發(fā)生問題都無處求救；

Redis基本原理

redis持久化(aof) append online file： 
寫log(aof), 到一定程度再和內(nèi)存合并. 追加再追加, 順序?qū)懘疟P, 對性能影響非常小

1. 單實(shí)例單進(jìn)程

Redis使用的是單進(jìn)程，所以在配置時(shí)，一個(gè)實(shí)例只會用到一個(gè)CPU； 
在配置時(shí)，如果需要讓CPU使用率最大化，可以配置Redis實(shí)例數(shù)對應(yīng)CPU數(shù), Redis實(shí)例數(shù)對應(yīng)端口數(shù)(8核Cpu, 8個(gè)實(shí)例, 8個(gè)端口), 以提高并發(fā): 
單機(jī)測試時(shí), 單條數(shù)據(jù)在200字節(jié), 測試的結(jié)果為8~9萬tps；

2. Replication

過程: 數(shù)據(jù)寫到master–>master存儲到slave的rdb中–>slave加載rdb到內(nèi)存。 
存儲點(diǎn)(save point): 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷了, 連上之后, 繼續(xù)傳. 
Master-slave下第一次同步是全傳，后面是增量同步；、

3. 數(shù)據(jù)一致性

長期運(yùn)行后多個(gè)結(jié)點(diǎn)之間存在不一致的可能性； 
開發(fā)兩個(gè)工具程序： 
1.對于數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)，會周期性的全量檢查； 
2.實(shí)時(shí)的檢查增量數(shù)據(jù)，是否具有一致性；

對于主庫未及時(shí)同步從庫導(dǎo)致的不一致，稱之為延時(shí)問題； 
對于一致性要求不是那么嚴(yán)格的場景，我們只需要要保證最終一致性即可； 
對于延時(shí)問題，需要根據(jù)業(yè)務(wù)場景特點(diǎn)分析，從應(yīng)用層面增加策略來解決這個(gè)問題； 
例如： 
1.新注冊的用戶，必須先查詢主庫； 
2.注冊成功之后，需要等待3s之后跳轉(zhuǎn)，后臺此時(shí)就是在做數(shù)據(jù)同步。

第四：分布式緩存的架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.架構(gòu)設(shè)計(jì)

由于redis是單點(diǎn)，項(xiàng)目中需要使用，必須自己實(shí)現(xiàn)分布式?；炯軜?gòu)圖如下所示：

2.分布式實(shí)現(xiàn)

通過key做一致性哈希，實(shí)現(xiàn)key對應(yīng)redis結(jié)點(diǎn)的分布。

一致性哈希的實(shí)現(xiàn)：

l        hash值計(jì)算：通過支持MD5與MurmurHash兩種計(jì)算方式，默認(rèn)是采用MurmurHash，高效的hash計(jì)算。

l        一致性的實(shí)現(xiàn)：通過java的TreeMap來模擬環(huán)狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)均勻分布

3.client的選擇

對于jedis修改的主要是分區(qū)模塊的修改，使其支持了跟據(jù)BufferKey進(jìn)行分區(qū)，跟據(jù)不同的redis結(jié)點(diǎn)信息，可以初始化不同的 ShardInfo，同時(shí)也修改了JedisPool的底層實(shí)現(xiàn)，使其連接pool池支持跟據(jù)key,value的構(gòu)造方法，跟據(jù)不同 ShardInfos，創(chuàng)建不同的jedis連接客戶端，達(dá)到分區(qū)的效果，供應(yīng)用層調(diào)用

4.模塊的說明

l        臟數(shù)據(jù)處理模塊，處理失敗執(zhí)行的緩存操作。

l        屏蔽監(jiān)控模塊，對于jedis操作的異常監(jiān)控，當(dāng)某結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異?？煽刂苧edis結(jié)點(diǎn)的切除等操作。

整個(gè)分布式模塊通過hornetq，來切除異常redis結(jié)點(diǎn)。對于新結(jié)點(diǎn)的增加，也可以通過reload方法實(shí)現(xiàn)增加。（此模塊對于新增結(jié)點(diǎn)也可以很方便實(shí)現(xiàn)）

對于以上分布式架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)滿足了項(xiàng)目的需求。另外使用中對于一些比較重要用途的緩存數(shù)據(jù)可以單獨(dú)設(shè)置一些redis結(jié)點(diǎn)，設(shè)定特定的優(yōu)先級。另外對 于緩存接口的設(shè)計(jì)，也可以跟據(jù)需求，實(shí)現(xiàn)基本接口與一些特殊邏輯接口。對于cas相關(guān)操作，以及一些事物操作可以通過其watch機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。

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