Redis 02

  今天是2025/04/01 20:13 day 16

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今天进行Redis 3,4,5 个模块的归纳

首先是Redis的相关内容概括的思维导图

3. 持久化机制（深度解析）

3.1 RDB（快照）

• 核心机制：

  • 触发条件：

    • 手动触发：SAVE（阻塞主线程）或BGSAVE（后台fork子进程生成快照）。

    • 自动触发：根据配置规则（如save 900 1表示900秒内至少1次修改）。

  • 文件生成：生成二进制文件dump.rdb，包含某一时刻的数据全集。

  • 内存优化：子进程通过写时复制（Copy-On-Write）技术避免全量内存拷贝。

• 优缺点：

  • 优点：

    • 文件紧凑，恢复速度快。

    • 适合冷备和灾难恢复。

  • 缺点：

    • 可能丢失最后一次快照后的数据（取决于触发频率）。

    • 大数据量时BGSAVE的fork操作可能阻塞主线程（内存越大阻塞时间越长）。

• 配置优化：

  # redis.conf
  dbfilename dump.rdb        # RDB文件名
  dir /var/lib/redis         # 存储路径
  stop-writes-on-bgsave-error yes  # 磁盘满时禁止写入
  rdbcompression yes         # 启用压缩

3.2 AOF（追加日志）

• 核心机制：

  • 日志记录：以文本格式记录所有写操作命令（如SET、HSET）。

  • 重写机制：通过BGREWRITEAOF压缩日志，删除冗余命令（如多次INCR合并为最终值）。

  • 同步策略：

    • appendfsync always：每次写操作同步到磁盘（数据最安全，性能最低）。

    • appendfsync everysec：每秒同步（默认，平衡安全与性能）。

    • appendfsync no：由操作系统决定（性能最高，可能丢失最多数据）。

• 优缺点：

  • 优点：数据丢失风险低（最多丢失1秒数据）。

  • 缺点：

    • 文件体积大，恢复速度慢。

    • 频繁写入可能影响性能（尤其是always模式）。

• 配置优化：

  # redis.conf
  appendonly yes             # 启用AOF
  appendfilename "appendonly.aof"
  auto-aof-rewrite-percentage 100  # 文件增长100%后触发重写
  auto-aof-rewrite-min-size 64mb   # 最小重写文件大小

3.3 混合持久化（Redis 4.0+）

• 工作机制：

  • 快照数据（RDB格式） + 增量AOF日志，保存在同一个AOF文件中。

  • 重启时先加载RDB快照，再重放后续AOF命令。

• 优势：

  • 结合RDB的快速恢复和AOF的低数据丢失风险。

  • AOF文件可读性增强（RDB头部 + 文本日志）。

• 启用方式：

  aof-use-rdb-preamble yes  # 在redis.conf中配置

4. 高可用与集群（深度解析）

4.1 主从复制

• 核心流程：

  1. 全量同步：

  • Slave发送PSYNC命令请求同步。

  • Master fork子进程生成RDB文件并发送给Slave。

  • Slave清空旧数据，加载RDB文件。

  1. 增量同步：

  • Master将后续写命令存入复制缓冲区（Replication Buffer）。

  • Slave持续接收并执行缓冲区中的命令。

• 配置示例：

  # Slave节点配置
  replicaof 192.168.1.100 6379  # 指定Master地址
  replica-read-only yes         # Slave只读

• 常见问题：

  • 复制延迟：网络波动或Master写入量过大导致缓冲区溢出（需监控repl_backlog）。

  • 脑裂问题：网络分区时出现多个Master（需结合哨兵解决）。

4.2 哨兵（Sentinel）

• 核心功能：

  • 监控：定期检查Master/Slave健康状态。

  • 故障转移：Master宕机时，自动选举新Master。

  • 通知：通过Pub/Sub频道向客户端发送故障事件。

• 选举机制：

  1. Sentinel通过Raft协议选举Leader。

  2. Leader Sentinel从Slave中选出新Master（优先级 + 复制偏移量）。

• 配置示例：

  # sentinel.conf
  sentinel monitor mymaster 192.168.1.100 6379 2  # 监控名为mymaster的集群，2表示至少2个Sentinel同意故障判定
  sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000   # 5秒无响应判定为宕机
  sentinel failover-timeout mymaster 60000         # 故障转移超时时间

4.3 Cluster集群

• 数据分片：

  • 哈希槽分配：16384个槽，通过CRC16(key) % 16384计算所属槽位。

  • 节点管理：每个节点负责部分槽位，支持动态迁移（CLUSTER ADDSLOTS）。

• 节点通信：

  • Gossip协议：节点间交换槽位、状态信息，最终一致性。

  • 重定向机制：客户端访问错误节点时，返回MOVED或ASK错误引导重试。

• 故障转移：

  • 从节点通过选举升级为主节点（类似哨兵机制）。

  • 集群需至少包含3主3从以保证高可用。

• 操作命令：

  CLUSTER NODES                  # 查看集群节点信息
  CLUSTER FAILOVER [FORCE]       # 手动触发故障转移
  CLUSTER RESET HARD/SOFT        # 重置集群节点

5. 事务与Lua脚本（深度解析）

5.1 事务

• 执行流程：

  1. MULTI开启事务。

  2. 缓存命令（命令不会立即执行）。

  3. EXEC提交事务（原子性执行所有命令）。

  4. DISCARD取消事务。

• 特性与限制：

  • 非原子性：单条命令原子执行，但事务可能部分失败（如语法错误）。

  • 无回滚机制：需开发者自行处理错误（如通过WATCH实现乐观锁）。

• 乐观锁示例：

  WATCH balance               # 监控balance键
  MULTI
  DECRBY balance 100         # 扣减余额
  EXEC                       # 如果balance被其他客户端修改，此处返回nil

5.2 Lua脚本

• 核心优势：

  • 原子性：脚本执行期间不会被其他命令打断。

  • 减少网络开销：复杂逻辑单次提交，避免多次RTT（Round-Trip Time）。

• 典型场景：

  • 分布式锁续期：

    -- KEYS[1]=锁名称，ARGV[1]=线程标识，ARGV[2]=过期时间
    if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
        return redis.call("EXPIRE", KEYS[1], ARGV[2])
    else
        return 0
    end

  • 限流算法（令牌桶）：

    -- KEYS[1]=限流key，ARGV[1]=令牌容量，ARGV[2]=填充速率（秒）
    local tokens = tonumber(redis.call("HGET", KEYS[1], "tokens") or ARGV[1])
    local last_time = tonumber(redis.call("HGET", KEYS[1], "last_time") or os.time())
    local now = os.time()
    local new_tokens = math.min(ARGV[1], tokens + (now - last_time) * ARGV[2])
    if new_tokens < 1 then
        return 0  # 无可用令牌
    else
        redis.call("HSET", KEYS[1], "tokens", new_tokens - 1)
        redis.call("HSET", KEYS[1], "last_time", now)
        return 1
    end
    

• 注意事项：

  • 脚本复杂度：避免长耗时操作（如KEYS命令），防止阻塞主线程。

  • 沙盒安全：Lua脚本无法直接调用系统命令或文件操作。