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分布式缓存Memcache与Redis

Michael_Ding / 1589人阅读

摘要:分布式各个服务器之间互不通信,各自独立存取数据,不共享任何信息。服务器并不具有分布式功能,分布式部署取决于客户端。缓存策略的缓存策略是最近最少使用到期失效策略。在内存储数据项时,可以指定它在缓存的失效时间,默认为永久。

一、Memcache
Memcache是一个高性能,分布式内存对象缓存系统,通过在内存里维护一个统一的巨大的hash表,它能够用来存储各种格式的数据,包括图像、视频、文件以及数据库检索的结果等。简单的说就是将数据调用到内存中,然后从内存中读取,从而大大提高读取速度。
Memcache特性:
(1)使用物理内存作为缓存区,可独立运行在服务器上。每个进程最大2G,如果想缓存更多的数据,可以开辟更多的Memcache进程(不同端口)或者使用分布式Memcache进行缓存,将数据缓存到不同的物理机或者虚拟机上。
(2)使用key-value的方式来存储数据,这是一种单索引的结构化数据组织形式,可使数据项查询时间复杂度为O(1)。
(3)协议简单:基于文本行的协议,直接通过telnet在memcached服务器上可进行存取数据操作,简单,方便多种缓存参考此协议。
(4)基于Libevent高性能通信:Libevent是一套利用C开发的程序库,它将BSD系统的kqueue,Linux系统的epoll等事件处理功能封装成一个接口,与传统的select相比,提高了性能。
(5)内置的内存管理方式:所有数据都保存在内存中,存取数据比硬盘快,当内存满后,通过LRU算法自动删除不使用的缓存,但没有考虑数据的容灾问题,重启服务,所有数据会丢失。
(6)分布式:各个memcached服务器之间互不通信,各自独立存取数据,不共享任何信息。服务器并不具有分布式功能,分布式部署取决于Memcache客户端。
(7)缓存策略:memcached的缓存策略是LRU(最近最少使用)到期失效策略。在memcached内存储数据项时,可以指定它在缓存的失效时间,默认为永久。当memcached服务器用完分配的内时,失效的数据被首先替换,然后也是最近未使用的数据。在LRU中,memcached使用的是一种Lazy Expiration策略,自己不会监控存入的key/vlue对是否过期,而是在获取key值时查看记录的时间戳,检查key/value对空间是否过期,这样可减轻服务器的负载。
Memcache的工作流程如下:
(1)先检查客户端的请求数据是否在memcached中,如有,直接把请求数据返回,不再对数据库进行任何操作。
(2) 如果请求的数据不在memcached中,就去查数据库,把从数据库中获取的数据返回给客户端,同时把数据缓存一份到memcached中(memcached客户端不负责,需要程序实现)。
(3) 每次更新数据库的同时更新memcached中的数据,保证一致性。
(4) 当分配给memcached内存空间用完之后,会使用LRU(Least Recently Used,最近最少使用)策略加上到期失效策略,失效数据首先被替换,然后再替换掉最近未使用的数据。
二、redis
Redis常用数据类型
• String
1.常用命令:set,get,decr,incr,mget。
2.应用场景:String是最常用的一种数据类型,与Memcache的key value存储方式类似。
3.实现方式:String在Redis内部存储默认就是一个字符串,被redisObject所引用,当遇到incr,decr等操作时会转成数值型进行计算,此时redisObject的encoding字段为int。
• Hash
1.常用命令:hget,hset,hgetall 。
2.应用场景:以存储一个用户信息对象数据
3.实现方式:Redis Hash对应的Value,内部实际就是一个HashMap,实际这里会有2种不同实现。
(1)Hash的成员比较少时Redis为了节省内存会采用类似一维数 组的方式来紧凑存储,而不会采用真正的HashMap结构,对应的value redisObject的encoding为zipmap。
(2)当成员数量增大时会自动转成真正的HashMap,此时encoding为ht。
List
1.常用命令:lpush,rpush,lpop,rpop,lrange。
2.应用场景:Redis list的应用场景非常多,也是Redis最重要的数据结构之一,比如twitter的关注列表,粉丝列表等都可以用Redis的list结构来实现。
3.实现方式:Redis list的实现为一个双向链表,可以支持反向查找和遍历,方便操作。不过带来了部分额外的内存开销,Redis内部的很多实现,包括发送缓冲队列等也都是用的这个数据结构。
Set
1.常用命令:sadd,spop,smembers,sunion。
2.应用场景:Redis set对外提供的功能与list类似是一个列表的功能,特殊之处在于set是可以自动排重的,当你需要存储一个列表数据,又不希望出现重复数据时,set 是一个很好的选择,并且set提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口,这个也是list所不能提供的。
3.实现方式:set的内部实现是一个value永远为null的HashMap,实际就是通过计算hash的方式来快速排重的,这也是set能提供判断一个成员是否在集合内的原因。
Sorted set
1.常用命令:zadd、zrange、zrem、zcard。
2.使用场景:Redis sorted set的使用场景与set类似,区别是set不是自动有序的,而sorted set可以通过用户额外提供一个优先级(score)的参数来为成员排序,并且是插入有序的,即自动排序。当你需要一个有序的并且不重复的集合列表,可以选择sorted set数据结构,比如twitter 的public timeline可以以发表时间作为score来存储,这样获取时就是自动按时间排好序的。
3.实现方式:Redis sorted set的内部使用HashMap和跳跃表(SkipList)来保证数据的存储和有序,HashMap里放的是成员到score的映射,而跳跃表里存放的 是所有的成员,排序依据是HashMap里存的score,使用跳跃表的结构可以获得比较高的查找效率,并且在实现上比较简单。
Redis集群
(1)通过keepalived实现的高可用方案

切换流程:

当Master挂了后,VIP漂移到Slave;Slave 上keepalived 通知redis 执行:slaveof no one ,开始提供业务;

当Master起来后,VIP 地址不变,Master的keepalived 通知redis 执行slaveof slave IP host ,开始作为从同步数据;

依次类推。

(2)主从同时Down机情况:
• 非计划性,不做考虑,一般也不会存在这种问题
• 计划性重启,重启之前通过运维手段SAVE DUMP 主库数据;需要注意顺序:

关闭其中一台机器上所有redis,是得master全部切到另外一台机器(多实例部署,单机上既有主又有从的情况);并关闭机器

依次dump主上redis服务

关闭主

启动主,并等待数据load完毕

启动从

删除DUMP 文件(避免重启加载慢)

三、Memcache与Redis的比较
(1)数据结构:Memcache只支持key value存储方式,Redis支持更多的数据类型,比如Key value、hash、list、set、zset;
(2)多线程:Memcache支持多线程,Redis支持单线程;CPU利用方面Memcache优于Redis;
(3)持久化:Memcache不支持持久化,Redis支持持久化;
(4)内存利用率:Memcache高,Redis低(采用压缩的情况下比Memcache高);
(5)过期策略:Memcache过期后,不删除缓存,会导致下次取数据数据的问题,Redis有专门线程,清除缓存数据;

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