Redis 在 Web 專案中的應用與實踐

Redis作為一個開源的(BSD)基於記憶體的高效能儲存系統，已經被各大網際網路公司廣泛使用，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專案中的主要應用與實踐。

快取

這裡所介紹的快取是指可以丟失或過期的資料。常用的命令有 set, hset, get, hget，使用redis作為快取時需要注意一下幾個問題:

• 由於redis的可用記憶體是有限的，不能容忍redis記憶體的無限增長，建議設定 maxmemory 最大記憶體。
• 在開啟maxmemory的情況下，可以啟用lru機制，設定key的expire，當到達Redis最大記憶體時，Redis會根據最近最少用演算法對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儘快恢復，應該啟用dump備份機制，但這樣需要更多的可用記憶體空間來進行持久化。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，這樣不需要額外的記憶體空間。

儲存

在web專案中，redis可儲存讀寫非常頻繁的資料來緩解MySQL等資料庫的壓力。redis如果作為儲存系統的話，為了防止資料丟失，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、使用者關注數等。

社交列表

比如使用Sets結構儲存關注列表、收藏列表、點贊列表等。

Session

藉助redis高效能的key-value儲存，可將使用者登入狀態儲存到redis中。

…

佇列

簡單佇列

一般使用redis的list結構作為佇列，rpush 生產訊息，lpop 消費訊息，當 lpop 沒有訊息的時候，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
    ...
}

由於沒有訊息時使用的sleep事件不好控制，生產環境儘量不要使用sleep來休眠，可使用 blpop 來消費訊息，在沒有新訊息的時候它會阻塞到訊息到來。

延時佇列

延時佇列可使用redis的 sorted set 資料結構，使用時間戳作為 score ，訊息內容作為 member，使用 zadd 命令來生產訊息，消費者使用 zrangebyscore 命令獲取指定時間之前的訊息資料輪詢進行處理。

$queueKey = "queue";

// 生產訊息

// 消費時間, 這裡設定為1小時候
$consumeTimestamp = time() + 3600;
// $data需要新增隨機串字首(or字尾)，防止出現重複member被丟棄
$data = $data . md5(uniqid(rand(), true));
$redis->zadd($queueKey, $consumeTimestamp, $data);

// 消費訊息
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的訊息佇列。這種模式中在消費者下線的情況下，生產的訊息會丟失，在這裡不推薦使用。

需要強調的是不推薦使用redis作為訊息佇列服務，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。

分散式鎖

分散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，為鎖設定超時時間
    $redis->expire($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進行超時設定，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，才建立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
}

如上程式碼所示，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伺服器刪除，但是這個時候a服務還去執行DEL命令。而b服務經在a設定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：

• 不要設定固定的字串，而是設定為隨機的大字串，可以稱為token。
• 通過指令碼刪除指定鎖的key，而不是 del 命令。
• 在設定key過期時間的時候加上一個隨機值。

優化後的程式碼可參考如下:

$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。

// 儲存資料
$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，渴望進一步擴充redis知識的同學可參考以下連結進一步學習。

• Redis官網
• Antirez