摘要：未完，待續(xù)阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù)版兼容協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的提供持久化的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，基于高可靠雙機(jī)熱備架構(gòu)可無(wú)縫擴(kuò)展的集群架構(gòu)以及讀寫分離架構(gòu)，滿足高讀寫性能場(chǎng)景及容量需彈性變配的業(yè)務(wù)需求。

摘要： Redis是開源的基于內(nèi)存且可以持久化的分布式 Key – Value數(shù)據(jù)庫(kù)。自2009年發(fā)布最初版本以來(lái)，Redis的熱度只增不減，除了經(jīng)常位居DB-Engines的最受歡迎Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)榜首之外，看阿里云技術(shù)總監(jiān)為您深度解讀云數(shù)據(jù)庫(kù)Redis。

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為何Redis成為數(shù)據(jù)庫(kù)能成為后起之秀？

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)積累近半個(gè)世紀(jì)，然而隨著新時(shí)代場(chǎng)景增多、業(yè)務(wù)發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)面臨著很多壓力。數(shù)據(jù)開始初現(xiàn)規(guī)模，企業(yè)需要多套HA集群數(shù)據(jù)庫(kù)，SQL和NoSQL Key Value混合使用，并且開始使用監(jiān)控系統(tǒng)。而更加復(fù)雜的情況下，每個(gè)業(yè)務(wù)都需要各自特定的數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)和優(yōu)化方案，需要加入OLAP 、離線分析任務(wù)，并且考慮高速擴(kuò)展、高性能、高可靠等問題。

Redis是開源的基于內(nèi)存且可以持久化的分布式 Key – Value數(shù)據(jù)庫(kù)。自2009年發(fā)布最初版本以來(lái)，Redis的熱度只增不減，除了經(jīng)常位居DB-Engines的最受歡迎Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)榜首之外，也在多家調(diào)查報(bào)告中成為非常受喜愛的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

Redis作為NoSQL的代表之一，為什么會(huì)在歷史悠久的數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域中迸發(fā)出此般活力？

阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)總監(jiān)蔡松露認(rèn)為：相比與強(qiáng)一致性的SQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，NoSQL非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)具備高性能、高靈活性。在當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，如新金融、新零售、視頻直播、人工智能、IoT等多樣化的業(yè)務(wù)場(chǎng)景有了更嚴(yán)苛更不同的技術(shù)訴求。其次，擅長(zhǎng)OLTP查詢的SQL并不完美地滿足猛增的OLAP分析需求。最后，數(shù)據(jù)庫(kù)行業(yè)一直信奉的CAP理論已經(jīng)被Paxos、Raft等算法打破，即可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)一致、高可用和高容錯(cuò)，這也被視為NoSQL運(yùn)動(dòng)興起的重大原因之一。

“一切堅(jiān)固的東西，都煙消云散了”。 Redis能讓數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行在內(nèi)存中，比閃存盤快1000倍。

開源Redis有哪些不足？

其實(shí)，開源項(xiàng)目和企業(yè)產(chǎn)品，有著完全不同的定位。開源Redis項(xiàng)目最大的原則是簡(jiǎn)單可靠，但是云產(chǎn)品則需要滿足很多企業(yè)訴求如多地容災(zāi)、安全加密、升級(jí)與優(yōu)化、集群兼容性等等。

阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù)團(tuán)隊(duì)一直積極參與Redis開源社區(qū)的共建：在Redis 創(chuàng)始人 Salvatore之后，對(duì)社區(qū)代碼貢獻(xiàn)第二的就是阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù)團(tuán)隊(duì)；去年十月，阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù)還將自研的特性如短連接性能提升30%、支持熱升級(jí)、兼容Memcache等融合到ApsaraCache項(xiàng)目中并貢獻(xiàn)給開源社區(qū)，對(duì)此Salvatore表示“ApsaraCache 項(xiàng)目開源是一件非常好的事情，將能夠吸引全世界更多 Redis 核心專家參與，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可用性?！?/p>

在每個(gè)企業(yè)級(jí)的需求背后，團(tuán)隊(duì)都做了巨大的研發(fā)工作。舉例說明，集群高兼容性和無(wú)縫擴(kuò)容以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求；在集群熱升級(jí)時(shí)做到使用無(wú)感知且業(yè)務(wù)不受影響；提供安全加密功能滿足如金融對(duì)保密級(jí)別要求高的客戶等等。

工業(yè)級(jí)使用，沒有什么是小事兒

目前，90%的中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)公司都依靠Redis支撐用戶的高并發(fā)訪問，而80%的中國(guó)視頻直播網(wǎng)站都使用的阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù) Redis 版。

與開源Redis項(xiàng)目相比，兼容Redis協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù) Redis 版有哪些優(yōu)勢(shì)？

Figure 1阿里云基于開源Redis的企業(yè)級(jí)需求技術(shù)支持

作為為企業(yè)服務(wù)的云產(chǎn)品，僅僅提供酷炫的功能并不足夠，更需要的是可靠、性能、安全和易用方面的保障和承諾。對(duì)于阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù)團(tuán)隊(duì)而言，很多改進(jìn)都是在各種客戶場(chǎng)景需求下不斷打磨而成，比如：雙機(jī)熱備、持久化、同城容災(zāi)；支持集群版、高性能硬件、基于Binglog模式復(fù)制免除pfork；VPC網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)密碼認(rèn)證、DDoS攻擊、SSL加密；性能監(jiān)控、閾值報(bào)警、高頻操作、數(shù)據(jù)管理等。

容災(zāi)是必不可少的部分，Redis原生的AOF可以幫助同一機(jī)房網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)可達(dá)情況下的容災(zāi)，但是對(duì)于鏈路過長(zhǎng)跨城甚至存在跨時(shí)區(qū)機(jī)房時(shí)，而需要遠(yuǎn)程異地同步。有些企業(yè)對(duì)可用性要求極高，每個(gè)單元都須承擔(dān)流量，允許N-1個(gè)機(jī)房斷電；為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了服務(wù)單元化+數(shù)據(jù)中心的拓?fù)淠Ｊ剑⑾鄳?yīng)地進(jìn)行內(nèi)核改造從而具備獨(dú)特的容災(zāi)能力。

Figure 2：Redis異地多活架構(gòu)方案示意圖

每個(gè)行業(yè)都會(huì)有各自場(chǎng)景需求。以游戲行業(yè)為例，如斗地主等房間模式需要做到隨時(shí)開服，這就需要基于時(shí)間點(diǎn)用戶備份做到瞬間克隆實(shí)例；而對(duì)于參加人數(shù)會(huì)猛增的游戲，需要在瘋狂灌人時(shí)逐步增大配置以做到資源合理高效利用，比如從標(biāo)準(zhǔn)版一鍵升級(jí)到極致版需要秒級(jí)遷移用戶數(shù)并且做到服務(wù)不收影響；在游戲低峰收尾業(yè)務(wù)時(shí)多服合并，即將多個(gè)服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)匯總到一個(gè)再做實(shí)時(shí)降級(jí)。同時(shí)，還要云上云下數(shù)據(jù)打通，數(shù)據(jù)歸檔快速回滾，做到時(shí)間點(diǎn)或局部恢復(fù)。

而對(duì)于視頻直播行業(yè)，瞬間大量用戶涌入的場(chǎng)景非常需要快速存儲(chǔ)、快速響應(yīng)，基于朋友關(guān)系的送禮物、討論評(píng)論等大部分?jǐn)?shù)據(jù)操作都適合非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，而僅有充值等少量場(chǎng)景需要關(guān)系性數(shù)據(jù)庫(kù)，因此重度依賴Redis數(shù)據(jù)庫(kù)，相應(yīng)地則有“穩(wěn)定性高于一切、低內(nèi)存高QPS、連接數(shù)較大”的技術(shù)要求。相應(yīng)地，阿里云出臺(tái)的視頻直播方案具備連接數(shù)可普調(diào)至1-2w、帶寬可多帶帶調(diào)配及至萬(wàn)兆， 集群支持熱點(diǎn)key，讀寫分離等

此外，民生類的行業(yè)又會(huì)分為極高QPS，熱升、無(wú)縫擴(kuò)容的新聞?lì)悾轂?zāi)、多活的交通類，容災(zāi)、數(shù)據(jù)安全的金融類，根據(jù)各種場(chǎng)景給出響應(yīng)的優(yōu)化方案。

關(guān)于阿里云Redis 4.0云數(shù)據(jù)庫(kù)增強(qiáng)版的一些細(xì)節(jié)

阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù)Redis版發(fā)布的增強(qiáng)版具有多線程架構(gòu)、內(nèi)存壓縮算法優(yōu)化、key后臺(tái)刪除功能、Redis module、Redis熱key統(tǒng)計(jì)等特點(diǎn)，尤其值得一提的是該款產(chǎn)品通過創(chuàng)新的Redis module讓數(shù)據(jù)庫(kù)第一次有了“集裝箱貨輪”的能力。

Figure 3：Redis module讓數(shù)據(jù)庫(kù)擁有“集裝箱”能力

一般而言，傳統(tǒng)的單核CPU需要承擔(dān)30%計(jì)算和60%網(wǎng)絡(luò)的工作負(fù)載，而當(dāng)采用多核處理之后，可以將計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分別交給若干個(gè)CPU并將性能提高三倍，從根本上解決問題從而高并發(fā)任務(wù)量。同時(shí)，還通過創(chuàng)新的內(nèi)存壓縮算法，將數(shù)據(jù)量壓縮50%。

熱key統(tǒng)計(jì)是為了解決熱點(diǎn)事件時(shí)大流量請(qǐng)求集中落在某些分片中，到達(dá)物理網(wǎng)卡上線，緩存分片服務(wù)被打垮，緩存擊穿請(qǐng)求‘穿透’引起‘雪崩’的問題。常見的方法是結(jié)合使用服務(wù)端緩存、Memcache等，但是需要提前獲知熱點(diǎn)、緩存容量依然有限、增長(zhǎng)不一致時(shí)間且熱點(diǎn)key遺漏等。目前，受益于讀寫分離架構(gòu)，搭配負(fù)載均衡、讀寫分離自動(dòng)路由和各節(jié)點(diǎn)高可用等，增加服務(wù)端能力高效快速發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，從而應(yīng)對(duì)熱key困境。

Redis未完，NewSQL待續(xù)

阿里云云數(shù)據(jù)庫(kù) Redis 版兼容Redis協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的、提供持久化的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，基于高可靠雙機(jī)熱備架構(gòu)、可無(wú)縫擴(kuò)展的集群架構(gòu)以及讀寫分離架構(gòu)，滿足高讀寫性能場(chǎng)景及容量需彈性變配的業(yè)務(wù)需求。

關(guān)于非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，阿里云還有可根據(jù)不同場(chǎng)景切換引擎的MongoDB 3.4、首個(gè)全托管的DBaaS服務(wù)HBase 1.1，與開源社區(qū)版本相比，前者高連接數(shù)下并發(fā)提升10倍、短鏈接并發(fā)提升5倍，后者支持本地盤成本下降90%、整體性能提升3倍。

Figure 4：阿里云擁有全球最完善的NewSQL云數(shù)據(jù)庫(kù)家族

沒有NewSQL，企業(yè)將無(wú)法從容應(yīng)對(duì)大規(guī)模增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，多維模型、聚合、大數(shù)據(jù)計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐等等新場(chǎng)景都會(huì)非常艱難。隨著未來(lái)不斷發(fā)展演進(jìn)，各類數(shù)據(jù)庫(kù)或許會(huì)逐漸融合為一，那時(shí)我們只需要在線插件式的方法，根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求選用即可。

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