41 _ 第35～40讲课后思考题答案及常见问题答疑
你好，我是蒋德钧。
今天是我们最后一节答疑课，我会带你一起分析一下第 35～40 讲的课后思考题。同时，我还会讲解两个典型问题，分别是原子操作使用问题，以及 Redis 和其他键值数据库的对比情况。
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问题：假设 Codis 集群中保存的 80% 的键值对都是 Hash 类型，每个 Hash 集合的元素数量在 10 万~20 万个，每个集合元素的大小是 2KB。你觉得，迁移这样的 Hash 集合数据，会对 Codis 的性能造成影响吗？
答案：其实影响不大。虽然一个 Hash 集合数据的总数据量有 200MB ~ 400MB（2KB * 0.1M ≈ 200MB 到 2KB * 0.2M ≈ 400MB），但是 Codis 支持异步、分批迁移数据，所以，Codis 可以把集合中的元素分多个批次进行迁移，每批次迁移的数据量不大，所以，不会给源实例造成太大影响。
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问题：假设一个商品的库存量是 800，我们使用一个包含了 4 个实例的切片集群来服务秒杀请求，我们让每个实例各自维护库存量 200，把客户端的秒杀请求分发到不同的实例上进行处理，你觉得这是一个好方法吗？
答案：这个方法是不是能达到一个好的效果，主要取决于，客户端请求能不能均匀地分发到每个实例上。如果可以的话，那么，每个实例都可以帮着分担一部分压力，避免压垮单个实例。
在保存商品库存时，key 一般就是商品的 ID，所以，客户端在秒杀场景中查询同一个商品的库存时，会向集群请求相同的 key，集群就需要把客户端对同一个 key 的请求均匀地分发到多个实例上。
为了解决这个问题，客户端和实例间就需要有代理层来完成请求的转发。例如，在 Codis 中，codis proxy 负责转发请求，那么，如果我们让 codis proxy 收到请求后，按轮询的方式把请求分发到不同实例上（可以对 Codis 进行修改，增加转发规则），就可以利用多实例来分担请求压力了。
如果没有代理层的话，客户端会根据 key 和 Slot 的映射关系，以及 Slot 和实例的分配关系，直接把请求发给保存 key 的唯一实例了。在这种情况下，请求压力就无法由多个实例进行分担了。题目中描述的这个方法也就不能达到好的效果了。
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问题：当有数据访问倾斜时，如果热点数据突然过期了，假设 Redis 中的数据是缓存，数据的最终值是保存在后端数据库中的，这样会发生什么问题吗?
答案：在这种情况下，会发生缓存击穿的问题，也就是热点数据突然失效，导致大量访问请求被发送到数据库，给数据库带来巨大压力。
我们可以采用第 26 讲中介绍的方法，不给热点数据设置过期时间，这样可以避免过期带来的击穿问题。
除此之外，我们最好在数据库的接入层增加流控机制，一旦监测到有大流量请求访问数据库，立刻开启限流，这样做也是为了避免数据库被大流量压力压垮。因为数据库一旦宕机，就会对整个业务应用带来严重影响。所以，我们宁可在请求接入数据库时，就直接拒接请求访问。
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问题：如果我们采用跟 Codis 保存 Slot 分配信息相类似的方法，把集群实例状态信息和 Slot 分配信息保存在第三方的存储系统上（例如 Zookeeper），这种方法会对集群规模产生什么影响吗？
答案：假设我们将 Zookeeper 作为第三方存储系统，保存集群实例状态信息和 Slot 分配信息，那么，实例只需要和 Zookeeper 通信交互信息，实例之间就不需要发送大量的心跳消息来同步集群状态了。这种做法可以减少实例之间用于心跳的网络通信量，有助于实现大规模集群。而且，网络带宽可以集中用在服务客户端请求上。
不过，在这种情况下，实例获取或更新集群状态信息时，都需要和 Zookeeper 交互，Zookeeper 的网络通信带宽需求会增加。所以，采用这种方法的时候，需要给 Zookeeper 保证一定的网络带宽，避免 Zookeeper 受限于带宽而无法和实例快速通信。
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问题：你觉得，Redis 6.0 的哪个或哪些新特性会对你有帮助呢？
答案：这个要根据你们的具体需求来定。从提升性能的角度上来说，Redis 6.0 中的多 IO 线程特性可以缓解 Redis 的网络请求处理压力。通过多线程增加处理网络请求的能力，可以进一步提升实例的整体性能。业界已经有人评测过，跟 6.0 之前的单线程 Redis 相比，6.0 的多线程性能的确有提升。所以，这个特性对业务应用会有比较大的帮助。
另外，基于用户的命令粒度 ACL 控制机制也非常有用。当 Redis 以云化的方式对外提供服务时，就会面临多租户（比如多用户或多个微服务）的应用场景。有了 ACL 新特性，我们就可以安全地支持多租户共享访问 Redis 服务了。
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问题：你觉得，有了持久化内存后，还需要 Redis 主从集群吗？
答案：持久化内存虽然可以快速恢复数据，但是，除了提供主从故障切换以外，主从集群还可以实现读写分离。所以，我们可以通过增加从实例，让多个从实例共同分担大量的读请求，这样可以提升 Redis 的读性能。而提升读性能并不是持久化内存能提供的，所以，如果业务层对读性能有高要求时，我们还是需要主从集群的。
# 常见问题答疑
好了，关于思考题的讨论，到这里就告一段落了。接下来，我结合最近收到的一些问题，来和你聊一聊，在进行原子操作开发时，局部变量和全局共享变量导致的差异问题，以及 Redis 和另外两种常见的键值数据库 Memcached、RocksDB 的优劣势对比。
# 关于原子操作的使用疑问
在第 29 讲中，我在介绍原子操作时，提到了一个多线程限流的例子，借助它来解释如何使用原子操作。我们再来回顾下这个例子的代码：
//获取ip对应的访问次数
current = GET(ip)
//如果超过访问次数超过20次，则报错
IF current != NULL AND current > 20 THEN
ERROR "exceed 20 accesses per second"
ELSE
//如果访问次数不足20次，增加一次访问计数
value = INCR(ip)
//如果是第一次访问，将键值对的过期时间设置为60s后
IF value == 1 THEN
EXPIRE(ip,60)
END
//执行其他操作
DO THINGS
END
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在分析这个例子的时候，我提到：“第一个线程执行了 INCR(ip) 操作后，第二个线程紧接着也执行了 INCR(ip)，此时，ip 对应的访问次数就被增加到了 2，我们就不能再对这个 ip 设置过期时间了。”
有同学认为，value 是线程中的局部变量，所以两个线程在执行时，每个线程会各自判断 value 是否等于 1。判断完 value 值后，就可以设置 ip 的过期时间了。因为 Redis 本身执行 INCR 可以保证原子性，所以，客户端线程使用局部变量获取 ip 次数并进行判断时，是可以实现原子性保证的。
我再进一步解释下这个例子中使用 Lua 脚本保证原子性的原因。
在这个例子中，value 其实是一个在多线程之间共享的全局变量，所以，多线程在访问这个变量时，就可能会出现一种情况：一个线程执行了 INCR(ip) 后，第二个线程也执行了 INCR(ip)，等到第一个线程再继续执行时，就会发生 ip 对应的访问次数变成 2 的情况。而设置过期时间的条件是 ip 访问次数等于 1，这就无法设置过期时间了。在这种情况下，我们就需要用 Lua 脚本保证计数增加和计数判断操作的原子性。
# Redis和Memcached、RocksDB的对比
Memcached 和 RocksDB 分别是典型的内存键值数据库和硬盘键值数据库，应用得也非常广泛。和 Redis 相比，它们有什么优势和不足呢？是否可以替代 Redis 呢？我们来聊一聊这个问题。
# Redis和Memcached的比较
和 Redis 相似，Memcached 也经常被当做缓存来使用。不过，Memcached 有一个明显的优势，就是它的集群规模可以很大。Memcached 集群并不是像 Redis Cluster 或 Codis 那样，使用 Slot 映射来分配数据和实例的对应保存关系，而是使用一致性哈希算法把数据分散保存到多个实例上，而一致性哈希的优势就是可以支持大规模的集群。所以，如果我们需要部署大规模缓存集群，Memcached 会是一个不错的选择。
不过，在使用 Memcached 时，有个地方需要注意，Memcached 支持的数据类型比 Redis 少很多。Memcached 只支持 String 类型的键值对，而 Redis 可以支持包括 String 在内的多种数据类型，当业务应用有丰富的数据类型要保存的话，使用 Memcached 作为替换方案的优势就没有了。
如果你既需要保存多种数据类型，又希望有一定的集群规模保存大量数据，那么，Redis 仍然是一个不错的方案。
我把 Redis 和 Memcached 的对比情况总结在了一张表里，你可以看下。
# Redis和RocksDB的比较
和 Redis 不同，RocksDB 可以把数据直接保存到硬盘上。这样一来，单个 RocksDB 可以保存的数据量要比 Redis 多很多，而且数据都能持久化保存下来。
除此之外，RocksDB 还能支持表结构（即列族结构），而 Redis 的基本数据模型就是键值对。所以，如果你需要一个大容量的持久化键值数据库，并且能按照一定表结构保存数据，RocksDB 是一个不错的替代方案。
不过，RocksDB 毕竟是要把数据写入底层硬盘进行保存的，而且在进行数据查询时，如果 RocksDB 要读取的数据没有在内存中缓存，那么，RocksDB 就需要到硬盘上的文件中进行查找，这会拖慢 RocksDB 的读写延迟，降低带宽。
在性能方面，RocksDB 是比不上 Redis 的。而且，RocksDB 只是一个动态链接库，并没有像 Redis 那样提供了客户端 - 服务器端访问模式，以及主从集群和切片集群的功能。所以，我们在使用 RocksDB 替代 Redis 时，需要结合业务需求重点考虑替换的可行性。
我把 Redis 和 RocksDB 的对比情况总结了下，如下表所示：
# 总结
集群是实际业务应用中很重要的一个需求，在课程的最后，我还想再给你提一个小建议。
集群部署和运维涉及的工作量非常大，所以，我们一定要重视集群方案的选择。
集群的可扩展性是我们评估集群方案的一个重要维度，你一定要关注，集群中元数据是用 Slot 映射表，还是一致性哈希维护的。如果是 Slot 映射表，那么，是用中心化的第三方存储系统来保存，还是由各个实例来扩散保存，这也是需要考虑清楚的。Redis Cluster、Codis 和 Memcached 采用的方式各不相同。
Redis Cluster：使用 Slot 映射表并由实例扩散保存。
Codis：使用 Slot 映射表并由第三方存储系统保存。
Memcached：使用一致性哈希。
从可扩展性来看，Memcached 优于 Codis，Codis 优于 Redis Cluster。所以，如果实际业务需要大规模集群，建议你优先选择 Codis 或者是基于一致性哈希的 Redis 切片集群方案。