今天,又到了我们的答疑时间,我们一起来学习下第 23 ~ 33 讲的课后思考题。同时,我还会给你讲解两道典型问题。

课后思考题答案

第 26 讲

问题:在讲到缓存雪崩时,我提到,可以采用服务熔断、服务降级、请求限流三种方法来应对。请你思考下,这三个方法可以用来应对缓存穿透问题吗?

第 27 讲

问题:使用了 LFU 策略后,缓存还会被污染吗?

第 28 讲

问题:这节课,我向你介绍的是使用 SSD 作为内存容量的扩展,增加 Redis 实例的数据保存量,我想请你来聊一聊,我们可以使用机械硬盘来作为实例容量扩展吗?有什么好处或不足吗?

答案:这道题有不少同学(例如 @Lemon、@Kaito)都分析得不错,我再来总结下使用机械硬盘的优劣势。

从容量维度来看,机械硬盘的性价比更高,机械硬盘每 GB 的成本大约在 0.1 元左右,而 SSD 每 GB 的成本大约是 0.4~0.6 元左右。

从性能角度来看,机械硬盘(例如 SAS 盘)的延迟大约在 35ms,而企业级 SSD 的读延迟大约是 6080us,写延迟在 20us。缓存的负载特征一般是小粒度数据、高并发请求,要求访问延迟低。所以,如果使用机械硬盘作为 Pika 底层存储设备的话,缓存的访问性能就会降低。

所以,我的建议是,如果业务应用需要缓存大容量数据,但是对缓存的性能要求不高,就可以使用机械硬盘,否则最好是用 SSD。

第 31 讲

问题:在执行事务时,如果 Redis 实例发生故障,而 Redis 使用的是 RDB 机制,那么,事务的原子性还能得到保证吗?

答案:当 Redis 采用 RDB 机制保证数据可靠性时,Redis 会按照一定的周期执行内存快照。

一个事务在执行过程中,事务操作对数据所做的修改并不会实时地记录到 RDB 中,而且,Redis 也不会创建 RDB 快照。我们可以根据故障发生的时机以及 RDB 是否生成,分成三种情况来讨论事务的原子性保证。

  1. 假设事务在执行到一半时,实例发生了故障,在这种情况下,上一次 RDB 快照中不会包含事务所做的修改,而下一次 RDB 快照还没有执行。所以,实例恢复后,事务修改的数据会丢失,事务的原子性能得到保证。
  2. 假设事务执行完成后,RDB 快照已经生成了,如果实例发生了故障,事务修改的数据可以从 RDB 中恢复,事务的原子性也就得到了保证。
  3. 假设事务执行已经完成,但是 RDB 快照还没有生成,如果实例发生了故障,那么,事务修改的数据就会全部丢失,也就谈不上原子性了。

第 32 讲

问题:在主从集群中,我们把 slave-read-only 设置为 no,让从库也能直接删除数据,以此来避免读到过期数据。你觉得,这是一个好方法吗?

答案:这道题目的重点是,假设从库也能直接删除过期数据的话(也就是执行写操作),是不是一个好方法?其实,我是想借助这道题目提醒你,主从复制中的增删改操作都需要在主库执行,即使从库能做删除,也不要在从库删除,否则会导致数据不一致。

例如,主从库上都有 a:stock 的键,客户端 A 给主库发送一个 SET 命令,修改 a:stock 的值,客户端 B 给从库发送了一个 SET 命令,也修改 a:stock 的值,此时,相同键的值就不一样了。所以,如果从库具备执行写操作的功能,就会导致主从数据不一致。

@Kaito 同学在留言区对这道题做了分析,回答得很好,我稍微整理下,给你分享下他的留言。

即使从库可以删除过期数据,也还会有不一致的风险,有两种情况。

第一种情况是,对于已经设置了过期时间的 key,主库在 key 快要过期时,使用 expire 命令重置了过期时间,例如,一个 key 原本设置为 10s 后过期,在还剩 1s 就要过期时,主库又用 expire 命令将 key 的过期时间设置为 60s 后。但是,expire 命令从主库传输到从库时,由于网络延迟导致从库没有及时收到 expire 命令(比如延后了 3s 从库才收到 expire 命令),所以,从库按照原定的过期时间删除了过期 key,这就导致主从数据不一致了。

第二种情况是,主从库的时钟不同步,导致主从库删除时间不一致。

另外,当 slave-read-only 设置为 no 时,如果在从库上写入的数据设置了过期时间,Redis 4.0 前的版本不会删除过期数据,而 Redis 4.0 及以上版本会在数据过期后删除。但是,对于主库同步过来的带有过期时间的数据,从库仍然不会主动进行删除。

第 33 讲

问题:假设我们将 min-slaves-to-write 设置为 1,min-slaves-max-lag 设置为 15s,哨兵的 down-after-milliseconds 设置为 10s,哨兵主从切换需要 5s,而主库因为某些原因卡住了 12s。此时,还会发生脑裂吗?主从切换完成后,数据会丢失吗?

答案:主库卡住了 12s,超过了哨兵的 down-after-milliseconds 10s 阈值,所以,哨兵会把主库判断为客观下线,开始进行主从切换。因为主从切换需要 5s,在主从切换过程中,原主库恢复正常。min-slaves-max-lag 设置的是 15s,而原主库在卡住 12s 后就恢复正常了,所以没有被禁止接收请求,客户端在原主库恢复后,又可以发送请求给原主库。一旦在主从切换之后有新主库上线,就会出现脑裂。如果原主库在恢复正常后到降级为从库前的这段时间内,接收了写操作请求,那么,这些数据就会丢失了。

典型问题答疑

在第 23 讲中,我们学习了 Redis 缓存的工作原理,我提到了 Redis 是旁路缓存,而且可以分成只读模式和读写模式。我看到留言区有一些共性问题:如何理解 Redis 属于旁路缓存?Redis 通常会使用哪种模式?现在,我来解释下这两个问题。

如何理解把 Redis 称为旁路缓存?

有同学提到,平时看到的旁路缓存是指,写请求的处理方式是直接更新数据库,并删除缓存数据;而读请求的处理方式是查询缓存,如果缓存缺失,就读取数据库,并把数据写入缓存。那么,课程中说的“Redis 属于旁路缓存”是这个意思吗?

其实,这位同学说的是典型的只读缓存的特点。而我把 Redis 称为旁路缓存,更多的是从“业务应用程序如何使用 Redis 缓存”这个角度来说的。业务应用在使用 Redis 缓存时,需要在业务代码中显式地增加缓存的操作逻辑

例如,一个基本的缓存操作就是,一旦发生缓存缺失,业务应用需要自行去读取数据库,而不是缓存自身去从数据库中读取数据再返回。

为了便于你理解,我们再来看下和旁路缓存相对应的、计算机系统中的 CPU 缓存和 page cache。这两种缓存默认就在应用程序访问内存和磁盘的路径上,我们写的应用程序都能直接使用这两种缓存。

我之所以强调 Redis 是一个旁路缓存,也是希望你能够记住,在使用 Redis 缓存时,我们需要修改业务代码。

使用 Redis 缓存时,应该用哪种模式?

我提到,通用的缓存模式有三种:只读缓存模式、采用同步直写策略的读写缓存模式、采用异步写回策略的读写缓存模式

一般情况下,我们会把 Redis 缓存用作只读缓存。只读缓存涉及的操作,包括查询缓存、缓存缺失时读数据库和回填,数据更新时删除缓存数据,这些操作都可以加到业务应用中。而且,当数据更新时,缓存直接删除数据,缓存和数据库的数据一致性较为容易保证。

当然,有时我们也会把 Redis 用作读写缓存,同时采用同步直写策略。在这种情况下,缓存涉及的操作也都可以加到业务应用中。而且,和只读缓存相比有一个好处,就是数据修改后的最新值可以直接从缓存中读取。

对于采用异步写回策略的读写缓存模式来说,缓存系统需要能在脏数据被淘汰时,自行把数据写回数据库,但是,Redis 是无法实现这一点的,所以我们使用 Redis 缓存时,并不采用这个模式。

小结

好了,这次的答疑就到这里。如果你在学习的过程中遇到了什么问题,欢迎随时给我留言。

最后,我想说,“学而不思则罔,思而不学则殆”。你平时在使用 Redis 的时候,不要局限于你眼下的问题,你要多思考问题背后的原理,积累相应的解决方案。当然,在学习课程里的相关操作和配置时,也要有意识地亲自动手去实践。只有学思结合,才能真正提升你的 Redis 实战能力。