Redis是現(xiàn)在很受歡迎的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)之一，目前廣泛用于緩存系統(tǒng)、分布式鎖、計(jì)數(shù)器、消息隊(duì)列系統(tǒng)、排行榜、社交網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景中，本篇文章成哥為大家?guī)?lái)redis日常使用實(shí)踐，及通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)redis的分布式鎖。

01 Redis簡(jiǎn)介

Redis是一個(gè)開(kāi)源使用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)、遵守BSD協(xié)議、支持網(wǎng)絡(luò)、可基于內(nèi)存亦可以持久化的日志類(lèi)型、key-value數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供多種語(yǔ)言的API。Redis的出現(xiàn)，很大程度上彌補(bǔ)了Memcache這類(lèi)key/value存儲(chǔ)的不足，在部分場(chǎng)合可以對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)(MySql、DB2等，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)外鍵關(guān)聯(lián)來(lái)建立表與表之間的關(guān)系。非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)通常指數(shù)據(jù)以對(duì)象的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，而對(duì)象之間的關(guān)系通過(guò)每個(gè)對(duì)象自身的屬性來(lái)決定)起到很好的補(bǔ)充作用。(如可降低數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)壓力，弊端冷數(shù)據(jù)的處理)。

02 Redis實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)

(1)單線程

Redis是通過(guò)單線程實(shí)現(xiàn)的，單線程避免了多線程的切換性能損耗問(wèn)題，同時(shí)它所有的數(shù)據(jù)都在內(nèi)存中，所有的運(yùn)算都是內(nèi)存級(jí)別的運(yùn)算，所以即使是單線程redis還能這么快。但也正是因?yàn)槭褂玫氖菃尉€程，所以要小心使用 Redis 指令，對(duì)于那些耗時(shí)的指令(比如keys)，一定要謹(jǐn)慎使用，一不小心就可能會(huì)導(dǎo)致 Redis 卡頓。

(2)IO多路復(fù)用

Redis通過(guò)IO多路復(fù)用解決單線程下并發(fā)客戶(hù)端的訪問(wèn)，redis利用epoll來(lái)實(shí)現(xiàn)IO多路復(fù)用，將連接信息和事件放到隊(duì)列中，依次放到文件事件分派器，事件分派器將事件分發(fā)給事件處理器。具體架構(gòu)如下：

03 Redis集群方案比較

(1)哨兵模式

在redis3.0以前的版本要實(shí)現(xiàn)集群一般是借助哨兵sentinel工具來(lái)監(jiān)控master節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，如果master節(jié)點(diǎn)異常，則會(huì)做主從切換，將某一臺(tái)slave作為master，哨兵的配置略微復(fù)雜，并且性能和高可用性等各方面表現(xiàn)一般，特別是在主從切換的瞬間存在訪問(wèn)瞬斷的情況，而且哨兵模式只有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)對(duì)外提供服務(wù)，沒(méi)法支持很高的并發(fā)，且單個(gè)主節(jié)點(diǎn)內(nèi)存也不宜設(shè)置得過(guò)大，否則會(huì)導(dǎo)致持久化文件過(guò)大，影響數(shù)據(jù)恢復(fù)或主從同步的效率 。

(2)高可用集群模式

redis高可用集群是一個(gè)由多個(gè)主從節(jié)點(diǎn)群組成的分布式服務(wù)器群，它具有復(fù)制、高可用和分片特性。Redis集群不需要sentinel哨兵也能完成節(jié)點(diǎn)移除和故障轉(zhuǎn)移的功能。需要將每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置成集群模式，這種集群模式?jīng)]有中心節(jié)點(diǎn)，可水平擴(kuò)展，據(jù)官方文檔稱(chēng)可以線性擴(kuò)展到上萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)(官方推薦不超過(guò)1000個(gè)節(jié)點(diǎn))。redis集群的性能和高可用性均優(yōu)于之前版本的哨兵模式，且集群配置非常簡(jiǎn)單。

04 Redis集群部署常見(jiàn)問(wèn)題

在了解Redis集群部署常見(jiàn)問(wèn)題之前我們先來(lái)了解一下Redis集群的實(shí)現(xiàn)原理。Redis Cluster 將所有數(shù)據(jù)劃分為 16384 的 slots(槽位)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)其中一部分槽位。槽位的信息存儲(chǔ)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)中，當(dāng) Redis Cluster 的客戶(hù)端來(lái)連接集群時(shí)，它也會(huì)得到一份集群的槽位配置信息并將其緩存在客戶(hù)端本地。這樣當(dāng)客戶(hù)端要查找某個(gè) key 時(shí)，可以直接定位到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。同時(shí)因?yàn)椴畚坏男畔⒖赡軙?huì)存在客戶(hù)端與服務(wù)器不一致的情況，還需要糾正機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)槽位信息的校驗(yàn)調(diào)整。

(1)跳轉(zhuǎn)重定位問(wèn)題

當(dāng)客戶(hù)端向一個(gè)錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)發(fā)出了指令，該節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)現(xiàn)指令的 key 所在的槽位并不歸自己管理，這時(shí)它會(huì)向客戶(hù)端發(fā)送一個(gè)特殊的跳轉(zhuǎn)指令攜帶目標(biāo)操作的節(jié)點(diǎn)地址，告訴客戶(hù)端去連這個(gè)節(jié)點(diǎn)去獲取數(shù)據(jù)?？蛻?hù)端收到指令后除了跳轉(zhuǎn)到正確的節(jié)點(diǎn)上去操作，還會(huì)同步更新糾正本地的槽位映射表緩存，后續(xù)所有 key 將使用新的槽位映射表。

(2)網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)問(wèn)題

在生產(chǎn)環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)問(wèn)題不可避免，為解決這種問(wèn)題，Redis Cluster 提供了一種選項(xiàng)cluster­node­timeout，表示當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)持續(xù) timeout 的時(shí)間失聯(lián)時(shí)，才可以認(rèn)定該節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，需要進(jìn)行主從切換。如果沒(méi)有這個(gè)選項(xiàng)，網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致主從頻繁切換 (數(shù)據(jù)的重新復(fù)制)。

05 代碼實(shí)現(xiàn)基于Redis的分布式鎖

在多個(gè)進(jìn)程/線程對(duì)同一個(gè)共享資源讀寫(xiě)場(chǎng)景下，會(huì)因?yàn)橘Y源的爭(zhēng)奪而出現(xiàn)混亂，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。為了避免該問(wèn)題我們可以在進(jìn)程/線程在操作共享資源前獲取一個(gè)令牌(也就鎖)，只有獲取了該令牌的進(jìn)程/線程才可以操作資源，在操作完資源后釋放該令牌。這就實(shí)現(xiàn)了分布式鎖。

Redis的分布式鎖是基于Redis SETNX命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在Redis中通過(guò)SETNX命令設(shè)置Key Value時(shí)有如下兩種結(jié)果：

1)返回1，表示為指定的key設(shè)置值成功，也即表示當(dāng)前進(jìn)程已經(jīng)獲取了鎖資源

2)返回0，表示為指定的key設(shè)置值失敗，因?yàn)楫?dāng)前已存在該key，也即表示其它進(jìn)程獲取了鎖資源

下面我們就來(lái)看看怎么通過(guò)python實(shí)現(xiàn)分布式鎖吧

(1)首先我們創(chuàng)建一個(gè)不使用分布式鎖的示列，通過(guò)多線程對(duì)全局變量進(jìn)行加1操作看看結(jié)果如何，具體代碼如下：

代碼運(yùn)行結(jié)果如下，發(fā)現(xiàn)不是我們預(yù)期的值(預(yù)期值應(yīng)為3+3=6)

(2)接著我們創(chuàng)建帶分布式鎖的示列，我們先來(lái)看看分布式鎖創(chuàng)建的方法，具體如下

1. import time   
2. import uuid   
3. from redis import StrictRedis, ConnectionPool   
4. import threading   
5.    
6. class CollectRedis:   
7.     # 創(chuàng)建redis操作類(lèi)    
8.     def __init__(self):   
9.         self.host = "1.1.1.1"   
10.         self.port = 6379   
11.         self.db = 5   
12.   
13.     @property   
14.     def redis_session(self):   
15.         _session = getattr(self, "__redis_session", None)   
16.         if _session:   
17.             return _session   
18.         redis_pool = ConnectionPool(host=self.host, port=self.port, db=self.db)   
19.         _session = StrictRedis(connection_pool=redis_pool)   
20.         setattr(self, "__redis_session", _session)   
21.         return _session   
22.        
23.     # 獲取鎖   
24.     def get_lock(self, lock_key):   
25.         return self.redis_session.get(lock_key)   
26.        
27.     # 設(shè)置鎖    
28.     def set_lock(self, lock_key, value, timeout=300):   
29.         session = self.redis_session   
30.         tag = session.setnx(lock_key, value)   
31.         # 如果key能創(chuàng)建成功則為該key設(shè)置一個(gè)超時(shí)時(shí)間，這個(gè)相當(dāng)于鎖的有效時(shí)間   
32.         # 如果沒(méi)有超時(shí)時(shí)間則會(huì)導(dǎo)致程序死鎖   
33.         if tag:   
34.             session.expire(lock_key, timeout)   
35.         return tag   
36.        
37.     # 刪除鎖也就是釋放鎖   
38.     def delete_lock(self, lock_key):   
39.         return self.redis_session.delete(lock_key)   
40.    
41. # 獲取鎖資源方法   
42. def acquire_lock(lock_name, time_out=300):   
43.     identifier = str(uuid.uuid4())   
44.     end = time.time() + time_out + 30   
45.     redis_connect = CollectRedis()   
46.     # 如果不能獲取鎖資源則線程一直掛起直到獲取鎖資源或者超時(shí)   
47.     while time.time() < end:   
48.         if redis_connect.set_lock(lock_name, identifier, timeout=time_out):   
49.             return identifier   
50.         time.sleep(0.01)   
51.     return False   
52.    
53. # 釋放鎖資源   
54. def release_lock(lock_name, identifier):   
55.     redis_connect = CollectRedis()   
56.     value = redis_connect.get_lock(lock_name)   
57.     if not value:   
58.         return True   
59.     if value == identifier:   
60.         redis_connect.delete_lock(lock_name)   
61.         return True   
62.     return False   
63.    
64.    
65. def resource_lock(lock_name, timeout=10):   
66.     """  
67.     并發(fā)鎖裝飾器函數(shù)  
68.     :param lock_name:  
69.     :param timeout:  
70.     :return:  
71.     """   
72.     def _outfunc(func):   
73.         def inner_func(*args, **kwargs):   
74.             identifier = acquire_lock(lock_name, time_out=timeout)   
75.             if not identifier:   
76.                 raise Exception("獲取({})鎖資源失敗".format(lock_name))   
77.             try:   
78.                 result = func(*args, **kwargs)   
79.                 release_lock(lock_name, identifier)   
80.             except Exception as e:   
81.                 # 程序出現(xiàn)異常時(shí)主動(dòng)釋放鎖資源   
82.                 release_lock(lock_name, identifier)   
83.                 raise Exception(e.args)   
84.             return result   
85.         return inner_func   
86.     return _outfunc   

(3)最后我們?cè)谟?jì)算函數(shù)中增加分布式鎖裝飾器，然后查看程序運(yùn)行結(jié)果是否符合預(yù)期，具體如下

06 總結(jié)

本篇文章主要帶大家了解了Redis的一些特點(diǎn)、部署方案、集群中容器遇到的問(wèn)題及如何基于redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖等內(nèi)容，如果喜歡本篇文章不要忘了點(diǎn)贊、關(guān)注與轉(zhuǎn)發(fā)哦!