数字化与智能化技术:分布式缓存数据库Redis

一、Redis概述

Redis远程字典服务（Remote Dictionary Server )，是一个开源的使用ANSI C语言编写的，基于内存的分布式缓存Key-Value数据库。

1、Redis数据的基本读写操作

读数据：

（1）根据key从缓存中读取数据，

（2）如果缓存中没有，则根据key到数据库中查找

（3）读取到值之后，更相信缓存

写数据：

（1）根据key值写数据库

（2）根据key更新缓存

2、Redis和MemCached对比

Redis和MemCached都是分布式缓存数据库，它们的对比如下表所示。

3、Redis数据类型

Redis的数据类型有String（字符串），List（列表），Set（集合）等，详细请见下表。

4、Redis数据淘汰策略

redis是个基于内存的缓存数据库，既然是基于内存的，那肯定就会有存满的时候，所以需要淘汰一定的数据，其淘汰策略如下表所示。

4、Redis数据持久化策略

redis提供了两种不同的持久化策略RDB and AOF。RDB全称Redis DataBase，是在指定时间间隔内将内存的数据集快照写到磁盘，也就是snapshot快照；AOF是传统数据库日志的思想，它将redis执行过的所有写指令记录下来，只允许追加文件但不可以改写文件，redis重启之后会读取该文件重新构建数据。两种方式的对比如下表所示。

二、Redis 的集群模式

1、Redis集群发展过程简介

集群最开始为简单的主从模式，它的问题是一旦master节点出现问题，则需要人为手动的将slave节点切换成为maser节点。

为解决主从模式的不足引入了哨兵模式，这种模式在master节点出现故障后，能够自动将salve节点提升成master节点，不需要人工干预。

但上述模式都没有达到真正的数据共享的存储，每个redis实例中存储的都是全量数据，所以Redis Cluster就诞生了，实现了真正数据的分区分片存储。但是由于集群方式在2015年才发布正式版，发布得比较晚，各大厂等不及了，先后开发了自己的redis数据分片集群模式如：Twemproxy、Codis等。

2、集群的模式示意图

（1）主从模式

（2）哨兵模式

（3）集群模式

集群模式详见后面的示意图。

三种方式的特点的描述如下表所示。

三、各个大厂开的Redis集群分片常见模式

各个大厂Redis集群分片常见方式如下表所示。

（1）客户端分片

客户端分片通过Redis客户端使用一致性哈希预先定义好的路由规则，把对Key的访问转发到不同的Redis实例中。

客户端分片的优缺点：使用hash一致性算法分片的好处是所有的逻辑都是可控的，不依赖于第三方分布式中间件。服务端的Redis实例彼此独立，可扩展性强。

客户端集群分片的示意图如下所示。

客户端分片缺点是当服务端Redis实例群拓扑结构有变化时，每个客户端都需要更新调整。如果能把客户端分片模块独立出来，形成一个单独的中间件，作为客户端和服务端连接的桥梁就能解决这个问题了，此时代理分片就出现了。

（2）中间件分片

Twemproxy中间件代理：Twemproxy代理通过代理层将多个Redis实例进行统一管理，客户端不需要关心后面有多少个Redis实例。通过Twemproxy中间件的代理，不需要改任何代码；自动删除无效Redis实例；减少客户端与Redis实例的连接数。Twemproxy缺点在于无法平滑地扩容和缩容，没有友好的监控管理界面，不利于运维管理；客户端请求需要经过中间的Twemproxy才能达到Redis，性能会有所损。

Twemproxy中间件代理示意图如下所示。

Codis是其基于Go和C语言开发的一个支持平滑增加Redis实例的中间件，示意图如下所示。

（3）Redis集群模式

redis在3.0以上引入了集群模式，其采用集群可以达到完全去中心化，所有的采用PING-PONG机制节点彼此互联，不需要中间代理层。客户端不需要连接集群所有节点，只连接集群中任何一个可用节点即可。其示意图如下所示。

名词解释：

Twemproxy

Twemproxy是一种代理分片机制，由Twitter开源。Twemproxy作为代理，可接受来自多个程序的访问，按照路由规则，转发给后台的各个Redis或memcached服务器，再原路返回。

Codis

Codis 是一个分布式 Redis 解决方案, 对于上层的应用来说, 连接到 Codis Proxy 和连接原生的 Redis Server 没有明显的区别 (不支持的命令列表)。

四、Redis常见问题以及解决策略

下面笔者给大家收集了redis常见的一些问题以及对应的解决方案的资料，不见得全面，有精力的读者可自行补充，如下表所示。