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分布式緩存Memcache與Redis

Michael_Ding / 1614人閱讀

摘要:分布式各個服務器之間互不通信,各自獨立存取數據,不共享任何信息。服務器并不具有分布式功能,分布式部署取決于客戶端。緩存策略的緩存策略是最近最少使用到期失效策略。在內存儲數據項時,可以指定它在緩存的失效時間,默認為永久。

一、Memcache
Memcache是一個高性能,分布式內存對象緩存系統,通過在內存里維護一個統一的巨大的hash表,它能夠用來存儲各種格式的數據,包括圖像、視頻、文件以及數據庫檢索的結果等。簡單的說就是將數據調用到內存中,然后從內存中讀取,從而大大提高讀取速度。
Memcache特性:
(1)使用物理內存作為緩存區,可獨立運行在服務器上。每個進程最大2G,如果想緩存更多的數據,可以開辟更多的Memcache進程(不同端口)或者使用分布式Memcache進行緩存,將數據緩存到不同的物理機或者虛擬機上。
(2)使用key-value的方式來存儲數據,這是一種單索引的結構化數據組織形式,可使數據項查詢時間復雜度為O(1)。
(3)協議簡單:基于文本行的協議,直接通過telnet在memcached服務器上可進行存取數據操作,簡單,方便多種緩存參考此協議。
(4)基于Libevent高性能通信:Libevent是一套利用C開發的程序庫,它將BSD系統的kqueue,Linux系統的epoll等事件處理功能封裝成一個接口,與傳統的select相比,提高了性能。
(5)內置的內存管理方式:所有數據都保存在內存中,存取數據比硬盤快,當內存滿后,通過LRU算法自動刪除不使用的緩存,但沒有考慮數據的容災問題,重啟服務,所有數據會丟失。
(6)分布式:各個memcached服務器之間互不通信,各自獨立存取數據,不共享任何信息。服務器并不具有分布式功能,分布式部署取決于Memcache客戶端。
(7)緩存策略:memcached的緩存策略是LRU(最近最少使用)到期失效策略。在memcached內存儲數據項時,可以指定它在緩存的失效時間,默認為永久。當memcached服務器用完分配的內時,失效的數據被首先替換,然后也是最近未使用的數據。在LRU中,memcached使用的是一種Lazy Expiration策略,自己不會監控存入的key/vlue對是否過期,而是在獲取key值時查看記錄的時間戳,檢查key/value對空間是否過期,這樣可減輕服務器的負載。
Memcache的工作流程如下:
(1)先檢查客戶端的請求數據是否在memcached中,如有,直接把請求數據返回,不再對數據庫進行任何操作。
(2) 如果請求的數據不在memcached中,就去查數據庫,把從數據庫中獲取的數據返回給客戶端,同時把數據緩存一份到memcached中(memcached客戶端不負責,需要程序實現)。
(3) 每次更新數據庫的同時更新memcached中的數據,保證一致性。
(4) 當分配給memcached內存空間用完之后,會使用LRU(Least Recently Used,最近最少使用)策略加上到期失效策略,失效數據首先被替換,然后再替換掉最近未使用的數據。
二、redis
Redis常用數據類型
? String
1.常用命令:set,get,decr,incr,mget。
2.應用場景:String是最常用的一種數據類型,與Memcache的key value存儲方式類似。
3.實現方式:String在Redis內部存儲默認就是一個字符串,被redisObject所引用,當遇到incr,decr等操作時會轉成數值型進行計算,此時redisObject的encoding字段為int。
? Hash
1.常用命令:hget,hset,hgetall 。
2.應用場景:以存儲一個用戶信息對象數據
3.實現方式:Redis Hash對應的Value,內部實際就是一個HashMap,實際這里會有2種不同實現。
(1)Hash的成員比較少時Redis為了節省內存會采用類似一維數 組的方式來緊湊存儲,而不會采用真正的HashMap結構,對應的value redisObject的encoding為zipmap。
(2)當成員數量增大時會自動轉成真正的HashMap,此時encoding為ht。
List
1.常用命令:lpush,rpush,lpop,rpop,lrange。
2.應用場景:Redis list的應用場景非常多,也是Redis最重要的數據結構之一,比如twitter的關注列表,粉絲列表等都可以用Redis的list結構來實現。
3.實現方式:Redis list的實現為一個雙向鏈表,可以支持反向查找和遍歷,方便操作。不過帶來了部分額外的內存開銷,Redis內部的很多實現,包括發送緩沖隊列等也都是用的這個數據結構。
Set
1.常用命令:sadd,spop,smembers,sunion。
2.應用場景:Redis set對外提供的功能與list類似是一個列表的功能,特殊之處在于set是可以自動排重的,當你需要存儲一個列表數據,又不希望出現重復數據時,set 是一個很好的選擇,并且set提供了判斷某個成員是否在一個set集合內的重要接口,這個也是list所不能提供的。
3.實現方式:set的內部實現是一個value永遠為null的HashMap,實際就是通過計算hash的方式來快速排重的,這也是set能提供判斷一個成員是否在集合內的原因。
Sorted set
1.常用命令:zadd、zrange、zrem、zcard。
2.使用場景:Redis sorted set的使用場景與set類似,區別是set不是自動有序的,而sorted set可以通過用戶額外提供一個優先級(score)的參數來為成員排序,并且是插入有序的,即自動排序。當你需要一個有序的并且不重復的集合列表,可以選擇sorted set數據結構,比如twitter 的public timeline可以以發表時間作為score來存儲,這樣獲取時就是自動按時間排好序的。
3.實現方式:Redis sorted set的內部使用HashMap和跳躍表(SkipList)來保證數據的存儲和有序,HashMap里放的是成員到score的映射,而跳躍表里存放的 是所有的成員,排序依據是HashMap里存的score,使用跳躍表的結構可以獲得比較高的查找效率,并且在實現上比較簡單。
Redis集群
(1)通過keepalived實現的高可用方案

切換流程:

當Master掛了后,VIP漂移到Slave;Slave 上keepalived 通知redis 執行:slaveof no one ,開始提供業務;

當Master起來后,VIP 地址不變,Master的keepalived 通知redis 執行slaveof slave IP host ,開始作為從同步數據;

依次類推。

(2)主從同時Down機情況:
? 非計劃性,不做考慮,一般也不會存在這種問題
? 計劃性重啟,重啟之前通過運維手段SAVE DUMP 主庫數據;需要注意順序:

關閉其中一臺機器上所有redis,是得master全部切到另外一臺機器(多實例部署,單機上既有主又有從的情況);并關閉機器

依次dump主上redis服務

關閉主

啟動主,并等待數據load完畢

啟動從

刪除DUMP 文件(避免重啟加載慢)

三、Memcache與Redis的比較
(1)數據結構:Memcache只支持key value存儲方式,Redis支持更多的數據類型,比如Key value、hash、list、set、zset;
(2)多線程:Memcache支持多線程,Redis支持單線程;CPU利用方面Memcache優于Redis;
(3)持久化:Memcache不支持持久化,Redis支持持久化;
(4)內存利用率:Memcache高,Redis低(采用壓縮的情況下比Memcache高);
(5)過期策略:Memcache過期后,不刪除緩存,會導致下次取數據數據的問題,Redis有專門線程,清除緩存數據;

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