# 《高性能Redis组件》需求设计-第01节：为何要学习高性能Redis组件

作者：冰河
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本章难度：★☆☆☆☆
本章重点：重点介绍下高性能Redis组件的背景知识，包括：Redis为何性能高、什么是Redis组件、大厂为何都要自研Redis组件和为何要学习Redis组件几个方面。旨在让大家做好准备，深入学习高性能Redis组件，并能够举一反三，将学到的知识和技术灵活应用到自身实际项目中。

大家好，我是冰河~~

无论是大型互联网公司还是中小型创业公司，在建设系统的过程中，多多少少都离不开缓存，而Redis作为高性能的缓存中间件，已然成为了系统建设过程中必不可少的基础组件。但在引入Redis的过程中，稍有不慎，就会出现大量请求穿透缓存，直接打到数据库的现象。

# 一、前言

随着系统的业务和体量的不断增长，一个必然的趋势就是为系统引入缓存，缓存的实现方式多种多样，总体上可以分为本地缓存和分布式缓存。顾名思义，本地缓存就是将数据数据存储到服务本身的进程内，由服务在运行过程中根据自身需要直接读写进程内的缓存，本地缓存可以由Map、Guava Cache、Caffeine等实现。

而分布式缓存又可以称之为远程缓存，分布式缓存可以集中式存储和管理缓存的数据，由服务在运行过程中根据自身需要来调用分布式缓存的API读写分布式缓存中的数据，分布式缓存缓存可以由Memcached和Redis等实现。

# 二、什么是高性能Redis组件

高性能Redis组件与《高性能SQL引擎 (opens new window)》和《高性能脱敏组件 (opens new window)》一样，是冰河在互联网大厂基础数据部门做数据与中台相关的架构设计时，每天面对着灵活多变的复杂业务和数据分析场景时，例如：各种报表分析、日志数据分析、用户行为分析、用户画像与各种维度分析、广告埋点数据分析、商品分析、大促、营销数据与场景分析等等。

同时，面临着高并发的数据速写问题。为了解决数据查询的性能问题，会将部分热点数据存储到Redis。同时，为了彻底解决缓存击穿、穿透和雪崩等问题，冰河主导设计和开发的高性能Redis组件。

高性能Redis组件的设计也非常简单，会对外提供通用的缓存查询接口，当缓存中不存在数据时，会自动读取DB数据，最终会以缓存基础组件的形式由各个业务服务引用，各个业务服务根据自身实际需要调用高性能Redis组件的接口获取缓存数据。

注意：在后续的篇章中，会详细介绍高性能Redis组件的设计和实现。

# 三、大厂为何都要自研高性能Redis组件

互联大厂的数据基数很大，用户和业务体量很大，自研高性能Redis组件除了要彻底解决缓存击穿、穿透和雪崩问题外，往往也会出于如下考虑引入自研高性能Redis组件。

（1）定制化需求

特定场景需求： 企业的业务场景通常较为复杂，简单的Redis读写封装根本无法完全满足性能要求。例如，高并发、大流量、低延迟等场景下，默认Redis的配置和功能可能无法最优地支持业务负载。大厂通过自研Redis组件，可以根据具体业务需求定制解决方案，优化性能。
特定的数据模型和优化： 大厂往往需要根据自己的业务逻辑，设计特定的数据结构或操作模式，这些通常简单的读写Redis组件无法做到。自研Redis组件可以为这些需求提供最佳的数据结构和优化手段。

（2）性能瓶颈与扩展性

高并发和大规模数据： 对于大规模互联网公司，Redis通常作为缓存、消息队列、实时数据存储等关键组件，承载着高并发、高QPS和大数据量的负载。在这种情况下，默认的Redis配置和集群模式可能会遭遇性能瓶颈，如内存使用效率、读写延迟、跨机通信的效率等。自研Redis组件能够根据自家业务的特点，进行底层性能调优，提升吞吐量、降低延迟，解决瓶颈问题。
水平扩展的需求： 自研高性能Redis组件可以更好地支持水平扩展，提升集群的可扩展性。例如，分片机制、故障恢复策略、负载均衡等方面的优化，可以帮助在大规模数据量下依然保持高效运行。

（3）高可用性和容错能力

自研容灾机制： 标准的Redis提供了主从复制和Sentinel等机制，但在一些大规模、高并发的生产环境下，这些机制可能不足以应对故障恢复、分布式一致性等复杂的高可用要求。大厂自研的Redis组件通常会结合业务需求，开发更加稳定和高效的故障恢复与容灾机制。
自动化运维： 大厂可能还需要为Redis集群实现更细粒度的监控、自动化运维和故障诊断功能，这些是标准Redis集群可能无法直接提供的。自研Redis组件可以使得运维更加高效，减少人为干预。

（4）内存和资源优化

优化内存管理： 对于高性能的Redis组件，内存使用的优化至关重要。一些Redis组件可能没有足够灵活的机制来处理大量数据时的内存碎片化、内存泄漏、内存分配效率等问题。大厂自研组件通常会结合特定的硬件环境或需求，进行内存和资源的精细化管理，提升内存使用效率，降低资源消耗。
自定义的内存淘汰策略： Redis的默认内存淘汰策略（如LRU、LFU等）虽然适用广泛，但并不一定能满足所有场景的需求。大厂通过自研可以实现更精细化的内存管理策略，确保数据在高负载下的高效处理。

（5）安全性与合规性

数据安全与隐私保护： 对于大厂而言，尤其是涉及敏感数据和用户隐私的场景，Redis的安全性可能成为一个瓶颈。标准的Redis在加密、认证、权限控制等方面功能有限。大厂自研Redis组件可以根据自己的安全策略，增加加密、权限隔离、访问控制等安全特性，满足合规要求。
监控与审计功能： 大厂通常需要更精细的监控和审计功能，特别是在大规模使用Redis时，能够快速检测并修复潜在的安全漏洞。自研Redis组件可以集成更强的监控与审计机制。

（6）兼容性与整合

与现有技术栈的兼容性： 在大规模应用中，Redis通常需要与其他系统（如数据库、消息队列、日志系统等）紧密集成。自研Redis组件可以确保Redis与自家的技术栈更加兼容，减少集成中的潜在问题。
跨平台支持： 大厂可能需要在多个环境中运行Redis（如私有云、公有云、边缘计算等），自研的高性能Redis组件能够在不同平台和硬件环境中进行更好的适配和优化。

（7）降低技术债务

长期技术积累： 在开发和维护一个自研的高性能Redis组件的过程中，企业能够积累丰富的底层技术经验，掌握更深层次的性能调优与架构设计，避免依赖第三方技术栈带来的技术债务。
避免过度依赖外部开源库： 长期依赖开源Redis组件可能导致企业对外部开源项目产生过度依赖。自研的组件能减少这种依赖，并让公司在关键技术上拥有更多的控制权。

# 四、为何要学习Redis组件

对于技术人为何要学习高性能Redis组件，其实最简单，最本质的答案就是：实际工作需要，跳槽升职加薪需要。还有一个次要的原因就是所有的互联网大厂，几乎所有的互联网企业在建设系统的过程中，都会引入Redis缓存，引入Redis缓存虽然能解决查询性能问题，但也带来了其他的风险，例如缓存的击穿、穿透和雪崩问题等。如何很好的解决这些问题，并且兼顾性能，这就成为必须要面临和解决的问题。所以，无论是想进更好的大厂，还是让自己有个更好的发展前景，就需要对数据Redis技术有所了解。

接下来，我们就从技术发展层面和具体项目层面来聊聊技术人为何要学习高性能Redis组件。

# 4.1 技术发展层面

从大的方向来讲，技术人能够从高性能Redis组件中学习到如下技能。

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