Redis 在Web 項目中的應用與實踐

Redis作為一個開源的(BSD)基於內存的高性能存儲系統，已經被各大互聯網公司廣泛使用，並且有著諸多的應用場景。本篇文章將基於PHP來詳細講解Redis在Web項目中的主要應用與實踐。

緩存

這裡所介紹的緩存是指可以丟失或過期的數據。常用的命令有  set,  hset,  get,  hget，使用redis作為緩存時需要注意一下幾個問題:

• 由於redis的可用內存是有限的，不能容忍redis內存的無限增長，建議設置  maxmemory 最大內存。
• 在開啟maxmemory的情況下，可以啟用lru機制，設置key的expire，當到達Redis最大內存時，Redis會根據最近最少用算法對key進行自動淘汰。
• Redis的持久化策略和Redis故障恢復時間是一個博弈的過程，如果你希望在發生故障時能夠盡快恢復，應該啟用dump備份機制，但這樣需要更多的可用內存空間來進行持久化。如果能夠容忍Redis漫長的故障恢復時間，可以使用AOF持久化機制，同時關閉dump機制，這樣不需要額外的內存空間。

存儲

在web項目中，redis可存儲讀寫非常頻繁的數據來緩解MySQL等數據庫的壓力。redis如果作為存儲系統的話，為了防止數據丟失，持久化必須開啟。

典型場景

計數器

計數器的需求非常普遍，例如微博點贊數、帖子收藏數、文章分享數、用戶關注數等。

社交列表

比如使用Sets結構存儲關注列表、收藏列表、點贊列表等。

Session

借助redis高性能的key-value存儲，可將用戶登錄狀態保存到redis中。

…

隊列

簡單隊列

一般使用redis的list結構作為隊列，rpush 生產消息，lpop 消費消息，當  lpop 沒有消息的時候，要進行適當的sleep操作。

$queueKey = "queue" ;

// 生產者
$redis->rpush($queueKey, $data)

//消費者
while ( true ) {
    $data = $redis->lpop($queueKey);
    if ( null === $data) {
        usleep( 100000 );
         continue ;
    }
    // 業務邏輯
    ...
}

由於沒有消息時使用的sleep事件不好控制，生產環境盡量不要使用sleep來休眠，可使用  blpop 來消費消息，在沒有新消息的時候它會阻塞到消息到來。

延時隊列

延時隊列可使用redis的  sorted set 數據結構，使用時間戳作為  score ，消息內容作為  member，使用  zadd 命令來生產消息，消費者使用  zrangebyscore 命令獲取指定時間之前的消息數據輪詢進行處理。

$queueKey = "queue" ;

// 生產消息

//消費時間,這裡設置為1小時候 
$consumeTimestamp = time() + 3600 ;
 // $data需要添加隨機串前綴(or後綴)，防止出現重複member被丟棄 
$data = $data . md5(uniqid(rand (), true ));
$redis->zadd($queueKey, $consumeTimestamp, $data);

//消費消息
while (tue) {
    $arrData = $redis->zrangebyscore($queueKey, 0 , time());
     if (!$arrData) {
        usleep( 100000 );
         continue ;
    }
    //業務邏輯
    foreach ($arrData as $data) {
        $data = substr($data, 0 , strlen($data) - 32 );

        // 消費$data

    }
}

多消費者

使用pub/sub主題訂閱者模式，可以實現1:N的消息隊列。這種模式中在消費者下線的情況下，生產的消息會丟失，在這裡不推薦使用。

需要強調的是不推薦使用redis作為消息隊列服務，這不是redis的設計目標。如果一定要用可考慮  disque，是由redis的作者開發。

分佈式鎖

分佈式鎖主要解決的幾個問題:

• 互斥性: 同一時刻只能有一個服務(或應用)訪問資源
• 安全性: 鎖只能被持有該鎖的服務(或應用)釋放
• 容錯: 在持有鎖的服務crash時，鎖仍能得到釋放
• 避免死鎖

方案1

我們可能會考慮使用  setnx 和  expire 命令來實現加鎖，即當沒有key存在時才會成功寫入value:

$lockStatus = $redis->setnx($lockKey, 1 );
 if ( 1 === $lockStatus) {
     //加鎖成功，為鎖設置超時時間 
    $redis->expire($lockKey, 300 );

    // 進行後續操作

} elseif ( 0 === $lockStatus) {
     //加鎖失敗 
} else {
     //其他異常 
}

但這種操作不是原子性的，如果在進行setnx時服務崩潰，沒有來得及對Key進行超時設置，該鎖將一直無法釋放。

方案2

我們推薦  set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX] 命令來進行加鎖

• EX: key在多少秒之後過期
• PX：key在多少毫秒之後過期
• NX: 當key不存在的時候，才創建key，效果等同於setnx
• XX：當key存在的時候，覆蓋key

$lockStatus = $this ->redis->set($lockKey, 1 , "EX" , 30 , "NX" );
 if ( "OK" === $lockStatus) {
     //加鎖成功，可進行後續操作

    //業務邏輯執行完畢，釋放鎖
    $this ->redis->del($lockKey);

} elseif ( null === $lockStatus) {
     //加鎖失敗 
}

如上代碼所示，如果  set 命令返回OK，那麼客戶端就可以獲得鎖（如果返回null，那麼應用服務可以在一段時間之後重新嘗試獲取鎖），並且可以通過  del 命令來釋放鎖。

此方法需要注意的問題:

• a服務獲得的鎖（鍵key）已經由於已到過期時間被redis服務器刪除，但是這個時候a服務還去執行DEL命令。而b服務經在a設置的過期時間之後重新獲取了這個同樣key的鎖，那麼a執行  del 就會釋放了b服務加好的鎖。
• 當同一時刻有大量的key過期的時候，刪除key時會增加redis壓力，會影響服務穩定。

可以通過如下優化使得上面的鎖系統變得更加健壯：

• 不要設置固定的字符串，而是設置為隨機的大字符串，可以稱為token。
• 通過腳本刪除指定鎖的key，而不是  del 命令。
• 在設置key過期時間的時候加上一個隨機值。

優化後的代碼可參考如下:

$lockToken = md5(uniqid(rand(), true ));
 //此處超時時間根據具體業務邏輯配置 
$expire = rand( 280 , 320 );
$lockStatus = $this ->redis->set($lockKey, $lockToken, "EX" , $expire, "NX" );
 if ( "OK" === $lockStatus) {
     //加鎖成功，可進行後續操作

    //業務邏輯執行完畢，釋放鎖
    //刪除鎖之前需要判斷是否是自己上的鎖 
    $currentToken = $this ->redis->get($lockKey);
     if ($currentToken === $lockToken) {
         $ this ->redis->del($lockKey);
    }

} elseif ( null === $lockStatus) {
     //加鎖失敗 
}

計算

redis提供的原子自增減方法以及有序集合結構等可以承擔一些計算任務，例如瀏覽量統計等。

瀏覽計數

文章瀏覽量+1

$redis->incr($postsKey);

批量獲取文章瀏覽量

$arrPostsKey = [
     //...
];
$arrPostsViewNum = $redis->mget($arrPostsKey);

排行榜

可以使用redis的有序集合來實現排行榜的功能，score作為權重排序並取前n條記錄。

//存儲數據 
$sortKey = "sort_key" ;
$redis->zadd($sortKey, 100 , "tom" );
$redis->zadd($sortKey, 80 , "Jon" );
$redis->zadd($sortKey, 59 , "Lilei" );
$redis->zadd($sortKey, 87 , "Hanmeimei" );

// 獲取排行

//由大到小排序 
$arrRet = $redis->zrevrange($sortKey, 0 , -1 , true );

//由小到大排序 
$arrRet = $redis->zrange($sortKey, 0 , -1 , true );

總結

redis涉及的應用實踐非常繁多的，由於篇幅所限無法全部顧及，本文只針對web應用中最常用的幾個場景進行了展開介紹，渴望進一步拓展redis知識的同學可參考以下鏈接進一步學習。

• Redis官網
• Antirez