Redis 单线程？如何持久化？

ZBQ_Berkin
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Redis 只有单线程吗

Redis 是单线程的，主要是指 Redis 的网络 IO 线程。Redis 的持久化，集群同步等操作，则是由另外的线程来执行

Redis 采用单线程为什么还这么快

redis 4.0 版本之前

Redis 的大部分操作都在内存中完成

使用了多种优秀的数据结构

单线程模型避免了多线程之间的竞争

Redis 采用了 IO 多路复用机制处理大量的客户端 Socket 请求

redis 6.0 版本之后新增了多线程 IO 的读写并发能力

  • 网络硬件不断升级，性能瓶颈出现在单线程的 IO 处理上
  • 网络请求采用多线程并行，但是读写命令依然是单线程处理

Redis 数据持久化

  • AOF 日志：记录所有的操作命令，并以文本的形式追加到文件中
  • RDB 快照：将某一时刻的内存数据，以二进制的方式写入磁盘
  • 混合持久化方式：Redis 4.0 新增混合之久话的方式，集成了 RDB 和 AOF 的优点

AOF 日志如何实现的？

通常情况下，关系型数据库的日志都是“写前日志”，而 AOF 里记录的是 Redis 收到的每一条命令，这些命令时以文本形式保存的，不同的是，Redis 的 AOF 日志的记录顺序与传统关系型数据库正好相反，它是写后日志，“写后”是指 Redis 要先执行命令，把数据写入内存，把数据写入内存，然后再记录日志到文件

  1. 执行命令写入内存
  2. 记录日志

why：因为 Redis 在写入日志之前，不对命令进行语法检查。所以，只记录执行成功的命令，避免了出现记录错误命令的情况。并且，在命令执行完之后在记录，不会阻塞当前的写操作

but：数据可能会丢失（数据在写入内存时宕机）；可能阻塞其他操作（在执行记录日志的操作的时候依然会阻塞将要写入内存的数据操作）

so：为了解决 AOF 方法做故障恢复时操作缓慢这个问题，Redis 增加了 RDB 内存快照的操作，它既可以保证可靠性，又能在宕机时实现快速恢复；和 AOF 不同的是，RDB 记录 Redis 某一时刻的数据，而不是操作。所以在做数据恢复的时候，只需要直接把 RDB 文件写入内存，完成快速恢复

RDB 主要原理主要考点

  1. RDB 做快照时会阻塞线程吗？

    1. 为了解决阻塞线程问题，Redis 提供了两个命令来生成 RDB 快照文件，分别是 save 和 bgsave。save命令在主线程中执行，会导致阻塞。而 bgsave 命令会创建一个子线程，用于写入 RDB 文件的操作，避免了对主线程的阻塞

  2. RDB 在做快照的时候数据能修改吗？

    question 1：如果此时可以执行写操作：意味着 Redis 还能正常处理写操作，就可能出现正在执行快照的数据是已经被修改了的情况

    question 2：如果此时不可以执行写操作：意味着 Redis 的所有写操作都得等到快照执行完成之后才能执行，那么就又出现了阻塞主线程的问题

    RDB 如何解决上述问题的呢？

    1. 如果主线程执行读操作，则主线程和 bgsave 子线程互相不影响
    2. 如果主线程执行写操作，则被修改的数据会复制一份副本，然后 bgsave 子线程会把该副本数据写入 RDB 文件，在这个过程中，主线程依然可以直接修改原来的数据

注意：Redis 对 RDB 的执行频率非常重要，因为这会影响快照数据的完整性以及 Redis 的稳定性，所以在 Redis 4.0 后，增加了 AOF 和 RDB 混合的数据持久化机制：把数据以 RDB 的方式写入文件，再将后续的操作命令以 AOF 的格式存入文件，即保证了 Redis 重启速度，又降低数据丢失风险

Redis 如何实现服务高可用？

  • 主从同步

    • 一主多从实现数据读写分离承担更多的并发操作

  • 哨兵模式 （Redis Sentinel）

    • 当 Redis 主从服务器出现故障宕机，需要手动进行恢复，Redis 增加了烧饼模式（哨兵模式做到了可以监控主从服务器，并且提供主动容灾恢复的功能）

  • Redis Cluster（集群）

    • Redis Cluster 是一种分布式去中心化的运行模式，它将数据分布在不同的服务器上，以此来降低系统对单节点的依赖，从而提高 Redis 服务的读写性能（多主多从）

    • Redis Cluster 方案采用哈希槽来处理数据与实例之间的映射关系，在 Redis Cluster 方案中，一个切片集群共有 16384 个哈希槽，这些哈希槽类似于数据分区，每个键值对都会根据它的 key，被映射到一个哈希槽中，具体执行过程分为两大步

      • 根据键值对的 key，按照 CRC16 算法计算一个 16bit 的值
      • 再用 16bit 值对 16384 取模，得到 0~16384 范围内的模数，每个模数代表一个对应编号的哈希槽

      哈希槽怎么被映射到具体的 Redis 实例上的呢？

      • 平均分配：在使用 cluster create 命令创建 Redis 集群时，Redis 会自动把所有哈希槽平均分布到集群实例上 （16384 / 实例个数）
      • 手动分配：可以使用 cluster meet 命令手动建立实例间的连接，组成集群，再使用 cluster addslots 命令，指定每个实例上的哈希槽个数
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