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Redis 在 Web 項目中的應用與實踐

Redis作為一個開源的(BSD)基于內存的高性能存儲系統,已經被各大互聯網公司廣泛使用,并且有著諸多的應用場景。本篇文章將基于PHP來詳細講解Redis在Web項目中的主要應用與實踐。

緩存

這里所介紹的緩存是指可以丟失或過期的數據。常用的命令有?set,?hset,?get,?hget,使用redis作為緩存時需要注意一下幾個問題:

  • 由于redis的可用內存是有限的,不能容忍redis內存的無限增長,建議設置?maxmemory?最大內存。
  • 在開啟maxmemory的情況下,可以啟用lru機制,設置key的expire,當到達Redis最大內存時,Redis會根據最近最少用算法對key進行自動淘汰。
  • Redis的持久化策略和Redis故障恢復時間是一個博弈的過程,如果你希望在發生故障時能夠盡快恢復,應該啟用dump備份機制,但這樣需要更多的可用內存空間來進行持久化。如果能夠容忍Redis漫長的故障恢復時間,可以使用AOF持久化機制,同時關閉dump機制,這樣不需要額外的內存空間。

存儲

在web項目中,redis可存儲讀寫非常頻繁的數據來緩解MySQL等數據庫的壓力。redis如果作為存儲系統的話,為了防止數據丟失,持久化必須開啟。

典型場景

計數器

計數器的需求非常普遍,例如微博點贊數、帖子收藏數、文章分享數、用戶關注數等。

社交列表

比如使用Sets結構存儲關注列表、收藏列表、點贊列表等。

Session

借助redis高性能的key-value存儲,可將用戶登錄狀態保存到redis中。

隊列

簡單隊列

一般使用redis的list結構作為隊列,rpush?生產消息,lpop?消費消息,當?lpop?沒有消息的時候,要進行適當的sleep操作。

$queueKey = "queue";

// 生產者
$redis->rpush($queueKey, $data)

// 消費者
while (true) {
    $data = $redis->lpop($queueKey);
    if (null === $data) {
        usleep(100000);
        continue;
    }
    // 業務邏輯
    ...
}

由于沒有消息時使用的sleep事件不好控制,生產環境盡量不要使用sleep來休眠,可使用?blpop?來消費消息,在沒有新消息的時候它會阻塞到消息到來。

延時隊列

延時隊列可使用redis的?sorted set?數據結構,使用時間戳作為?score?,消息內容作為?member,使用?zadd?命令來生產消息,消費者使用?zrangebyscore?命令獲取指定時間之前的消息數據輪詢進行處理。

$queueKey = "queue";

// 生產消息

// 消費時間, 這里設置為1小時候
$consumeTimestamp = time() + 3600;
// $data需要添加隨機串前綴(or后綴),防止出現重復member被丟棄
$data = $data . md5(uniqid(rand(), true));
$redis->zadd($queueKey, $consumeTimestamp, $data);

// 消費消息
while (tue) {
    $arrData = $redis->zrangebyscore($queueKey, 0, time());
    if (!$arrData) {
        usleep(100000);
        continue;
    }
    // 業務邏輯
    foreach ($arrData as $data) {
        $data = substr($data, 0, strlen($data) - 32);

        // 消費$data

    }
}

多消費者

使用pub/sub主題訂閱者模式,可以實現1:N的消息隊列。這種模式中在消費者下線的情況下,生產的消息會丟失,在這里不推薦使用。

需要強調的是不推薦使用redis作為消息隊列服務,這不是redis的設計目標。如果一定要用可考慮?disque,是由redis的作者開發。

分布式鎖

分布式鎖主要解決的幾個問題:

  • 互斥性: 同一時刻只能有一個服務(或應用)訪問資源
  • 安全性: 鎖只能被持有該鎖的服務(或應用)釋放
  • 容錯: 在持有鎖的服務crash時,鎖仍能得到釋放
  • 避免死鎖

方案1

我們可能會考慮使用?setnx?和?expire?命令來實現加鎖,即當沒有key存在時才會成功寫入value:

$lockStatus = $redis->setnx($lockKey, 1);
if (1 === $lockStatus) {
    // 加鎖成功,為鎖設置超時時間
    $redis->expire($lockKey, 300);

    // 進行后續操作

} elseif (0 === $lockStatus) {
    // 加鎖失敗
} else {
    // 其他異常
}

但這種操作不是原子性的,如果在進行setnx時服務崩潰,沒有來得及對Key進行超時設置,該鎖將一直無法釋放。

方案2

我們推薦?set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]?命令來進行加鎖

  • EX: key在多少秒之后過期
  • PX:key在多少毫秒之后過期
  • NX: 當key不存在的時候,才創建key,效果等同于setnx
  • XX:當key存在的時候,覆蓋key
$lockStatus = $this->redis->set($lockKey, 1, "EX", 30, "NX");
if ("OK" === $lockStatus) {
    // 加鎖成功,可進行后續操作

    //業務邏輯執行完畢,釋放鎖
    $this->redis->del($lockKey);

} elseif (null === $lockStatus) {
    // 加鎖失敗
}

如上代碼所示,如果?set?命令返回OK,那么客戶端就可以獲得鎖(如果返回null,那么應用服務可以在一段時間之后重新嘗試獲取鎖),并且可以通過?del?命令來釋放鎖。

此方法需要注意的問題:

  • a服務獲得的鎖(鍵key)已經由于已到過期時間被redis服務器刪除,但是這個時候a服務還去執行DEL命令。而b服務經在a設置的過期時間之后重新獲取了這個同樣key的鎖,那么a執行?del?就會釋放了b服務加好的鎖。
  • 當同一時刻有大量的key過期的時候,刪除key時會增加redis壓力,會影響服務穩定。

可以通過如下優化使得上面的鎖系統變得更加健壯:

  • 不要設置固定的字符串,而是設置為隨機的大字符串,可以稱為token。
  • 通過腳本刪除指定鎖的key,而不是?del?命令。
  • 在設置key過期時間的時候加上一個隨機值。

優化后的代碼可參考如下:

$lockToken = md5(uniqid(rand(), true));
// 此處超時時間根據具體業務邏輯配置
$expire = rand(280, 320);
$lockStatus = $this->redis->set($lockKey, $lockToken, "EX", $expire, "NX");
if ("OK" === $lockStatus) {
    // 加鎖成功,可進行后續操作

    // 業務邏輯執行完畢,釋放鎖
    // 刪除鎖之前需要判斷是否是自己上的鎖
    $currentToken = $this->redis->get($lockKey);
    if ($currentToken === $lockToken) {
        $this->redis->del($lockKey);
    }

} elseif (null === $lockStatus) {
    // 加鎖失敗
}

計算

redis提供的原子自增減方法以及有序集合結構等可以承擔一些計算任務,例如瀏覽量統計等。

瀏覽計數

文章瀏覽量+1

$redis->incr($postsKey);

批量獲取文章瀏覽量

$arrPostsKey = [
    //...
];
$arrPostsViewNum = $redis->mget($arrPostsKey);

排行榜

可以使用redis的有序集合來實現排行榜的功能,score作為權重排序并取前n條記錄。

// 存儲數據
$sortKey = "sort_key";
$redis->zadd($sortKey, 100, "tom");
$redis->zadd($sortKey, 80, "Jon");
$redis->zadd($sortKey, 59, "Lilei");
$redis->zadd($sortKey, 87, "Hanmeimei");

// 獲取排行

// 由大到小排序
$arrRet = $redis->zrevrange($sortKey, 0, -1, true);

// 由小到大排序
$arrRet = $redis->zrange($sortKey, 0, -1, true);

總結

redis涉及的應用實踐非常繁多的,由于篇幅所限無法全部顧及,本文只針對web應用中最常用的幾個場景進行了展開介紹,渴望進一步拓展redis知識的同學可參考以下鏈接進一步學習。

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