正经的聊聊分布式架构中的 Redis
开篇思考
- Redis 为什么在系统中使用？解决了哪些问题？
- Redis 如何保证和数据库同步？
- Redis 缓存操作是在操作数据库前还是操作数据库后？
话还得从上次报税说起，耳边还回绕这残留的芬芳：“SX系统，这也不能点，那也不能用！”，
身为程序员的我听到总是百感交集,程序员背锅是免不了了。。。
上线至今都能用的系统，突然就不行了，为什么？问题就在稳定性和系统架构上，发现问题就要吸取经验和血的教训。
我也特别喜欢吐槽，我觉得正确的吐槽姿势有助于系统的良性发展，就像父母的爱强烈扎刺着程序员面临崩溃的心灵，
流出的爱的液体浇灌给系统茁壮成长。
系统稳定，快速，美如画谁都想追求，可是往往美好的东西后面代价也不小。
追求可靠，我们需要+集群部署，容错容灾，那么就需要更多的机器设施及其他附属服务。
追求快速，我们需要解决地域限制，全球部署战斗机，DNS 快速定位访问，软件层面缓存技术。
那么接下来我们就来扒一扒分布式系统架构中 Redis 的使用，进入正题，不扯蛋了。
让我们看看 Redis 给分布式系统带来哪些好处和问题的解决方案，看看这些代价是否值得。
Redis 简介
- 内存存储，速度极快
- key-value 存储结构
- 支持 string，list，set，zset，hash 类型，其实还有一些不常用的
- 基于 epoll 多路复用，串行执行效率高
- 可以持久化数据，遇到宕机可以快速恢复
- redis 支持主从模式、哨兵模式
- 使用场景丰富：热点数据缓存、临时会话存储、消息发布订阅、网页计数
上面的介绍中，我基本扒出了 redis 的主要特点，外衣都给你扒了，这么赤裸的诱惑你们都不要吗？觉得还是不够吸引吗?
那我们就继续来扒拉扒拉。。。
内存
Redis 都是通过计算机内存来存取的，不用多解释。它为什么快？
JMM java 中的内存模型大家了解吧，java 中每个线程会有自己的内存，要想达成可见性，需要同步主内存，这一操作听起来
很简单，但其实里面数据被拷贝了多次。这里简单介绍下传统的磁盘到网络的数据拷贝流程：
- 磁盘到 read buffer， 快
- read buffer 到 user buffer ，此处很慢，上下文有切换
- user buffer 到 socket buffer ，快
- socket buffer 写入到网卡 buffer 发送，快
好家伙，不扒不知道，原来底层数据是这么传输的。Redis 为什么快呢，因为它官方只支持 linux 系统，而 Linux
本身还支持零拷贝技术，并且这里都是纯内存操作，所有的数据操作都非常快。那么究竟有多快呢，
一秒真男人：读 10 w/s；写 8w/s；
当然数据只能是小数据流量的。
零拷贝技术被广泛应用在 Java NIO，netty，kafka 等。
redis 实现系统的接口幂等控制
每个工程师都应该知道接口幂等的重要性，在分布式系统中，接口幂等的设计原则贯彻始终。
所谓接口幂等就是无论我在某个业务执行过程中调用多少次接口，得到的结果都应该和调用一次接口得到的结果一样。
因此我们知道查询、删除这些是天然幂等的，没有必要再做幂等性控制。
那么一般哪些接口需要实现幂等控制呢？redis 是起了什么作用？
- 新增接口
- 更新接口
- 任何内部包含新增、修改操作接口
redis 的串行机制，可以帮助我们轻松实现接口幂等性控制。我们在访问接口的时候，通过设置唯一性的 key token 来判断，
如果 redis 当前存有该 key 和 token， 那么就不执行业务逻辑，如果不存在则继续执行业务逻辑。
以上是一个简单的系统访问流程图，先执行的接口因为没有对应的 token 值，所以会继续执行业务，
而另一个接口因为其他的接口没有执行结束，没有删除对应的 key value，所以不会执行资源操作。
实际的开发中，我们可能不会在每个接口中都通过这么一个逻辑来判断，而是通过拦截器、自定义注解来实现统一的判断逻辑.
当然 redis 不是唯一的方式来确保接口幂等，接口幂等的设计还可以通过数据库去重表、表中的状态机等机制来实现。
redis 实现分布式锁
在分布式集群系统中，我们不能也不会让所有的请求都在同一个服务上，那么高并发请求下，
如何给接口上锁来保证接口的串行执行？
redis string 类型有个方法可以在接口中使用， setnx ： set if not exit。 通过此函数来设置分布式锁。
在接口中通过 setnx 给当前接口设置一个全局唯一的值，可以是 商品Id + 接口信息；
当并发访问该接口的时候，会再次调用 setnx 来判断是否存在值：
- 第一次设值，成功，返回 1 ；
- 有值，设置失败，返回 0；
下面的例子是基于 lettuce 连接的 RedisTemplete 设置锁代码，其中 tryLock 是伪代码，具体使用根据实际情况。
/**
* 尝试获取锁 ，并返回结果
* @param key
* @param value
* @param expireTime （此处为秒）
* @return boolean
* @author holy
* @date 2020年4月08日
*
*/
public boolean tryAcquire(String key, String value, long expireTime){
return redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,value, Duration.ofSeconds(expireTime));
}
/**
* 设置分布式锁
* @param key
* @param value
* @param expireTime （此处为秒）
* @return boolean
* @author holy
* @date 2020年4月08日
*
*/
public boolean tryLock(String key, String value, long expireTime){
boolean tryAcquire = tryAcquire(key, value, expireTime);
// 伪代码，根据实际情况谨慎使用
// 根据实际情况使用，如果不需要自旋，不理解自旋锁，或者不够了解 AQS 的不建议使用
// 此处主要是自旋固定 10 次
int i = 10;
if (!tryAcquire){
for (;;){
i--;
if (tryAcquire){
return Boolean.TRUE;
}
if (i < 1){
return Boolean.FALSE;
}
}
}
return Boolean.TRUE;
}
redis 管理分布式共享 session
在分布式系统中，因为我们的服务是集群部署，服务可能不是在同一台机器上面。这时候就会发现 session 引发的问题：
- 如果请求是链路结构，请求可能会分发到不同的机器不同的服务上，多个服务无法共享 session
- 一旦服务不可用，即使恢复服务，也无法恢复 session
- session 管理困难
因此引入 session 共享被广泛的应用，redis 就是非常好的一种选择，而且据说和 spring session 完美结合。
这个非常简单，以前使用 springboot 1.5 的时候是通过引入依赖，添加配置进行的，这里简单贴下代码，
springboot 2.X 的应该差不多，支持应该只会更好、更简单的配置。
<!-- spring session redis -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.session</groupId>
<artifactId>spring-session-data-redis</artifactId>
</dependency># ============ srping session ============
spring.session.store-type=redis
spring.session.redis.flush-mode=on_save
spring.session.redis.namespace=madmin
@EnableRedisHttpSession(maxInactiveIntervalInSeconds = 10800)
@SpringBootApplication
public class Application {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(Application.class, args);
}
}
redis 在架构中的缓存中间件
redis 因为高并发、快速的特性，还被广泛应用在系统的缓存架构中。
在流量分布式系统中，我们的请求如果全部访问数据库将会是一场灾难，
数据库很可能会因为不堪重负被干趴，而数据库的不可用会造成更严重的服务不可用甚至雪崩效应。
因此在系统架构设计都会加入缓存中间件来缓解数据库压力，减少请求直接到数据库，提高系统性能。
尤其在大流量的系统设计的时候，例如秒杀系统，缓存中间件就必不可少。
redis 的特性天然的成为了缓存中间件的首选。
那么 redis 里到底存什么呢？下面我以秒杀系统为例列出：
- 秒杀商品具体信息
- 秒杀商品热门排行榜列表
- 秒杀商品库存信息
在秒杀系统中，大部分会请求会去查询商品信息，排行榜等信息，这些信息并不会经常变动，也不会要求非常高的一致性，
因此十分适合放入缓存中。那么怎么接口中如何设计呢？
接口设计的时候，用户请求的数据，全部都在 redis 中获取，如果 redis 中没有，才去数据库中获取，然后更新 redis。
这样在请求接口的时候，理想的状态，如果商品全部缓存成功在 redis 里，那么用户只会从 redis 获取数据，
不会有请求到达数据库层。
但是理想状态只能是理想状态，实际上我们会遇到一些问题，比如缓存击穿、缓存穿透：
- 缓存击穿：热点数据失效，就像就像瞬间高压电击一样击穿了 redis 缓存，缓存失效直接访问数据库
- 缓存穿透：redis 里面没有数据，DB 中也没有数据，所有请求直接访问 DB，造成缓存穿透
- 缓存雪崩：说有缓存集体失效，导致服务不可用。
怎么解决？
- 缓存击穿：定时任务后台刷新；设置长久模式；加分布式锁；
- 缓存穿透：缓存空值，即使没有数据也做缓存；布隆过滤器，；
- 缓存雪崩：预热数据；redis 高可用；redis 限流；
如果对布隆过滤器不是很了解的，可以看下这篇文章
《高并发架构中一定要考虑的Bloom Filter 布隆过滤器》
思考题
用了缓存技术，那么我们更新数据的时候，是先更新缓存还是先更新数据库呢？建议大家把情况列出来然后逐一分析问题。
也欢迎大家在评论区写出自己的答案。
今天就写到这里了，晚上我还有十几个亿的生意要谈。。。再会！
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