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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。
第35讲
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。
第36讲
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。
第37讲
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。
第38讲
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。
第39讲
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。
第40讲
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
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。