Redis闲谈（1）：构建知识图谱

问题：一致性的问题是分布式系统中很常见的问题。一致性一般分为两种：强一致性和最终一致性，当我们要满足强一致性的时候，Redis也无法做到完美无瑕，因为数据库和缓存双写，肯定会出现不一致的情况，Redis只能保证最终一致性。

解决：我们如何保证最终一致性呢?

• 第一种方式是给缓存设置一定的过期时间，在缓存过期之后会自动查询数据库，保证数据库和缓存的一致性。
• 如果不设置过期时间的话，我们首先要选取正确的更新策略：先更新数据库再删除缓存。但我们删除缓存的时候也可能出现某些问题，所以需要将要删除的缓存的key放到消息队列中去，不断重试，直到删除成功为止。

2. 缓存雪崩问题

问题： 我们应该都在电影里看到过雪崩，开始很平静，然后一瞬间就开始崩塌，具有很强的毁灭性。这里也是一样的，我们执行代码的时候将很多缓存的实效时间设定成一样，接着这些缓存在同一时间都会实效，然后都会重新访问数据库更新数据，这样会导致数据库连接数过多、压力过大而崩溃。

解决：

• 设置缓存过期时间的时候加一个随机值。
• 设置双缓存，缓存1设置缓存时间，缓存2不设置，1过期后直接返回缓存2，并且启动一个进程去更新缓存1和2。

3. 缓存穿透问题

问题： 缓存穿透是指一些非正常用户(黑客)故意去请求缓存中不存在的数据，导致所有的请求都集中到到数据库上，从而导致数据库连接异常。

解决:

• 利用互斥锁。缓存失效的时候，不能直接访问数据库，而是要先获取到锁，才能去请求数据库。没得到锁，则休眠一段时间后重试。
• 采用异步更新策略。无论key是否取到值，都直接返回。value值中维护一个缓存失效时间，缓存如果过期，异步起一个线程去读数据库，更新缓存。需要做缓存预热(项目启动前，先加载缓存)操作。
• 提供一个能迅速判断请求是否有效的拦截机制。比如利用布隆过滤器，内部维护一系列合法有效的key，迅速判断出请求所携带的Key是否合法有效。如果不合法，则直接返回。

4. 缓存的并发竞争问题

问题：

缓存并发竞争的问题，主要发生在多线程对某个key进行set的时候，这时会出现数据不一致的情况。

比如Redis中我们存着一个key为amount的值，它的value是100，两个线程同时都对value加100然后更新，正确的结果应该是变为300。但是两个线程拿到这个值的时候都是100，最后结果也就是200，这就导致了缓存的并发竞争问题。

解决

• 如果多线程操作没有顺序要求的话，我们可以设置一个分布式锁，然后多个线程去争夺锁，谁先抢到锁谁就可以先执行。这个分布式锁可以用zookeeper或者Redis本身去实现。
• 可以利用Redis的incr命令。
• 当我们的多线程操作需要顺序的时候，我们可以设置一个消息队列，把需要的操作加到消息队列中去，严格按照队列的先后执行命令。

Redis的过期策略

Redis随着数据的增多，内存占用率会持续变高，我们以为一些键到达设置的删除时间就会被删除，但是时间到了，内存的占用率还是很高，这是为什么呢?

Redis采用的是定期删除和惰性删除的内存淘汰机制。

1. 定期删除

定期删除和定时删除是有区别的：

• 定时删除是必须严格按照设定的时间去删除缓存，这就需要我们设置一个定时器去不断地轮询所有的key，判断是否需要进行删除。但是这样的话cpu的资源会被大幅度地占据，资源的利用率变低。所以我们选择采用定期删除，。
• 定期删除是时间由我们定，我们可以每隔100ms进行检查，但还是不能检查所有的缓存，Redis还是会卡死，只能随机地去检查一部分缓存，但是这样会有一些缓存无法在规定时间内删除。这时惰性删除就派上用场了。

2. 惰性删除

举个简单的例子：中学的时候，平时作业太多，根本做不完，老师说下节课要讲这个卷子，你们都做完了吧?其实有很多人没做完，所以需要在下节课之前赶紧补上。

惰性删除也是这个道理，我们的这个值按理说应该没了，但是它还在，当你要获取这个key的时候，发现这个key应该过期了，赶紧删了，然后返回一个'没有这个值，已经过期了!'。

现在我们有了定期删除 + 惰性删除的过期策略，就可以高枕无忧了吗?并不是这样的，如果这个key一直不访问，那么它会一直滞留，也是不合理的，这就需要我们的内存淘汰机制了。

Redis的内存淘汰机制一般有6种，如下图所示：

那么我们如何去配置Redis的内存淘汰机制呢?

在Redis.conf中我们可以进行配置

# maxmemory-policy allkeys-lru 

小结

本文初探Redis，大概整理出了Redis的知识图谱，对照之下可以发现Redis居然有这么多的知识点需要学习;接着我们分析了Redis的优缺点，知道了其基于内存的高效的读写速度和丰富的数据类型，也分析了Redis面对数据一致性、缓存穿透、缓存雪崩等问题时该如何处理;最后我们了解了Redis的过期策略和缓存淘汰机制。

相信大家已经对Redis有了一些了解，下篇文章我们将分析Redis的数据结构、每一种数据类型是如何实现的、对应的命令有哪些。

【本文是51CTO专栏机构宜信技术学院的原创文章，微信公众号“宜信技术学院( id: CE_TECH)”】

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（编辑：晋中站长网）

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