• RDB与AOF持久化【Redis】及缓存雪崩、击穿、穿透


    RDB持久化

    Redis 是一款基于内存的非关系型数据库,它会将数据全部存储在内存中。但是如果 Redis 服务器出现某些意外情况,比如宕机或者断电等,那么内存中的数据就会全部丢失。因此必须有一种机制能够保证 Redis 储存的数据不会因故障而丢失,这就是 Redis 的数据持久化机制。
    数据的持久化存储是 Redis 的重要特性之一,它能够将内存中的数据保存到本地磁盘中,实现对数据的持久存储。这样即使在服务器发生故障之后,也能通过本地磁盘对数据进行恢复。

    RDB 即快照模式,它是 Redis 默认的数据持久化方式,它会将数据库的快照保存在 dump.rdb 这个二进制文件中。

    Redis 服务器不仅需要服务线上请求,同时还要备份内存快照。在备份过程中 Redis 必须进行文件 IO 读写,而 IO 操作会严重服务器的性能。那么如何实现既不影响客户端的请求,又实现快照备份操作呢,这时就用到了多进程。

    Redis 使用操作系统的多进程 COW(Copy On Write) 机制来实现快照持久化操作。

    RDB 实际上是 Redis 内部的一个定时器事件,它每隔一段固定时间就去检查当前数据发生改变的次数和改变的时间频率,看它们是否满足配置文件中规定的持久化触发条件。当满足条件时,Redis 就会通过操作系统调用 fork() 来创建一个子进程,该子进程与父进程享有相同的地址空间。

    Redis 通过子进程遍历整个内存空间来获取存储的数据,从而完成数据持久化操作。注意,此时的主进程则仍然可以对外提供服务,父子进程之间通过操作系统的 COW 机制实现了数据段分离,从而保证了父子进程之间互不影响。

    RDB 持久化提供了两种触发策略:一种是手动触发,另一种是自动触发。

    1) 手动触发策略

    手动触发是通过SAVAE命令或者BGSAVE命令将内存数据保存到磁盘文件中。

    2) 自动触发策略

    自动触发策略,是指 Redis 在指定的时间内,数据发生了多少次变化时,会自动执行BGSAVE命令。

    【全表备份、恢复速度快;有可能出现可用性与一致性问题】

    AOF持久化

    AOF 被称为追加模式,或日志模式,是 Redis 提供的另一种持久化策略,它能够存储 Redis 服务器已经执行过的的命令,并且只记录对内存有过修改的命令,这种数据记录方法,被叫做“增量复制”,其默认存储文件为appendonly.aof

    1) 写入机制

    Redis 在收到客户端修改命令后,先进行相应的校验,如果没问题,就立即将该命令存追加到 .aof 文件中,也就是先存到磁盘中,然后服务器再执行命令。这样就算遇到了突发的宕机情况情况,也只需将存储到  .aof 文件中的命令,进行一次“命令重演”就可以恢复到宕机前的状态。

    2) 重写机制

    Redis 在长期运行的过程中,aof 文件会越变越长。如果机器宕机重启,“重演”整个 aof 文件会非常耗时,导致长时间 Redis 无法对外提供服务。因此就需要对 aof 文件做一下“瘦身”运动。

    3) 自动触发AOF重写

    Redis 为自动触发 AOF 重写功能,提供了相应的配置策略。如下所示:修改 Redis 配置文件,让服务器自动执行 BGREWRITEAOF 命令。

    【记录的是命令:文件大、恢复慢】

    AOF和RDB对比

    RDB持久化AOF持久化
    全量备份,一次保存整个数据库。增量备份,一次只保存一个修改数据库的命令。
    每次执行持久化操作的间隔时间较长。保存的间隔默认为一秒钟(Everysec)
    数据保存为二进制格式,其还原速度快。使用文本格式还原数据,所以数据还原速度一般
    执行 SAVE 命令时会阻塞服务器,但手动或者自动触发的 BGSAVE 不会阻塞服务器AOF持久化无论何时都不会阻塞服务器

    缓存雪崩

            指在某一个时间段,缓存集中过期失效。当某一个时刻出现大规模的缓存失效的情况,那么就会导致大量的请求直接打在数据库上面,导致数据库压力巨大,如果在高并发的情况下,可能瞬间就会导致数据库宕机。这时候如果运维马上又重启数据库,马上又会有新的流量把数据库打死。这就是缓存雪崩。

    解决方案:

    设置随机的失效时间、

    设置热点数据永不失效、

    加一个排他锁(nx)

    缓存击穿

            是指一个key非常热点,在不停的扛着大并发,大并发集中对这一个点进行访问,当这个key在失效的瞬间,持续的大并发就穿破缓存,直接请求数据库,就像在一个屏障上凿开了一个洞。

    解决方案:

    设置热点数据永远不过期、

    加一个定时器(若65秒过期,60秒刷新访问)、

    加一个排他锁(nx)

    缓存穿透【人为的造成雪崩或者击穿的场景】

            指查询一个数据库一定不存在的数据。正常的使用缓存流程大致是,数据查询先进行缓存查询,如果key不存在或者key已经过期,再对数据库进行查询,并把查询到的对象,放进缓存。如果数据库查询对象为空,则不放进缓存。假如有恶意攻击,就可以利用这个漏洞,对数据库造成压力,甚至压垮数据库。

    解决方案:

    接口层增加校验与拦截、

    布隆过滤器

    布隆过滤器

    布隆过滤器由一个初值都为0的bit数组和N个哈希函数组成,可以用来快速判断某个数据是否存在。当数据写入数据库时,布隆过滤器会通过三个操作完成标记:

            1、使用N个hash函数,分别计算这个数据的hash值,得到N个hash值。

            2、把这N个hash值对bit数组的长度取模,得到每个hash值在数组中对位置。

            3、把对应位置设置为1。如果数据不存在,那么就没用使用布隆过滤器标记过数据,那么,bit数组对应的bit位为零。只要bit数组有一个不为1,就表明布隆过滤器就没标记过该数据。

            4、把数据写入数据库时,使用布隆过滤器做标记.

            5、当缓存消失后,在去数据库查询之前,通过查询布隆过滤器判断数据是否存在,如果不存在,就不查询数据库。

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