Redis拷打第七讲(最终章)

25. Redis集群脑裂,该怎么解决呢?

Redis 脑裂通常发生在主从加哨兵模式下。由于网络分区,Sentinel 无法感知到 master,误判它下线,于是把某个 slave 提升为 new master。

但 old master 实际上可能还活着,并且部分客户端还在往 old master 写数据。这样就会短时间出现两个 master。网络恢复后,old master 会被 Sentinel 降级为 slave,并重新同步 new master 的数据,这时 old master 在脑裂期间写入的数据就可能丢失。

解决方式主要是限制 old master 在异常情况下继续写入。可以配置 min-replicas-to-write 和 min-replicas-max-lag,要求 master 至少有指定数量、复制延迟不超过指定时间的 slave,才允许处理写请求。

这样当 old master 因网络分区无法和 slave 正常同步时,就会拒绝写请求。它不能彻底避免脑裂,但可以最大限度减少脑裂期间的数据丢失。

26. Redis的分片集群有什么作用?

Redis 分片集群主要解决单机 Redis 的容量瓶颈和吞吐瓶颈。

Redis Cluster 会把数据划分为 16384 个 hash slot,并分配到多个 master 节点上。每个 master 负责一部分 slot 和对应的数据,所以可以把数据分散到多个 master,扩展内存容量,同时多个 master 也能分摊请求,提高整体吞吐量。

每个 master 可以配置 slave,slave 主要用于数据备份和故障转移。当 master 宕机时,对应的 slave 可以晋升为新的 master,提高高可用。

集群节点之间通过 Gossip 协议进行通信和心跳检测。客户端可以访问任意节点,如果 key 不在当前节点负责的 slot 上,会返回 MOVED 重定向,引导客户端访问正确节点。

27. Redis分片集群中数据是怎么存储和读取的?

Redis Cluster 通过 hash slot 存储和读取数据。

集群一共有 16384 个 hash slot,每个 master 负责一部分 slot。写入 key 时,会用 CRC16(key) 对 16384 取模,算出 key 属于哪个 slot,再根据 slot 找到对应的 master 节点进行存储。读取时也是同样的流程。

如果客户端请求到了错误节点,Redis 会返回 MOVED 重定向,告诉客户端正确的 slot 所在节点。客户端会缓存 slot 到节点的映射,后续直接访问正确节点。

28. Redis是单线程的,但是为什么还那么快?

Redis 快主要有几个原因。

第一,Redis 基于内存操作,读写速度很快。

第二,Redis 内部使用了高效的数据结构,比如哈希表、跳表、SDS 等。

第三,Redis 命令执行主要是单线程的,避免了多线程带来的上下文切换和锁竞争问题。

第四,Redis 使用 IO 多路复用和非阻塞 IO,一个线程可以同时处理大量客户端连接。

另外,像 BGSAVE 和 AOF 重写这类耗时任务,Redis 会通过后台子进程处理,尽量减少对主线程的影响。但 fork 和磁盘 IO 在极端情况下仍可能带来短暂阻塞,所以不能简单说完全不会阻塞。

29. 能解释一下I/O多路复用模型?

I/O 多路复用是指一个线程可以同时监听多个 Socket,当某个 Socket 有可读或者可写事件时,操作系统会通知redis去处理对应的事件。这样就避免了一个线程阻塞等待一个连接,也不需要为每个连接创建线程,可以减少线程切换和资源消耗。

常见的 I/O 多路复用模型有 select、poll 和 epoll。在 Linux 下,Redis 一般使用 epoll。相比 select 和 poll 每次都要遍历全部 fd,epoll 会在内核中维护就绪事件列表,redis 调用 epoll_wait 时可以直接拿到已经就绪的事件,所以在高并发场景下性能更好。

Redis 的网络模型就是 I/O 多路复用加事件驱动。它会把连接建立、命令读取、命令执行、响应写回等操作抽象成不同事件,并交给不同的事件处理器处理。

Redis 6.0 之后引入了多线程 I/O,主要是为了加速网络读写、协议解析和响应写回,但命令执行仍然是单线程,所以不会破坏 Redis 命令执行的原子性。

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