Implementieren verteilter Zähler mit Redis

Was ist ein verteilter Zähler?

In einem verteilten System müssen mehrere Knoten gemeinsame Zustände aktualisieren und lesen, und Zähler sind einer der am häufigsten verwendeten Zustände. Laienhaft ausgedrückt ist ein Zähler eine Variable, deren Wert bei jedem Zugriff um 1 erhöht oder verringert wird. Es handelt sich um einen Indikator, der zur Verfolgung des Fortschritts eines bestimmten Systems verwendet wird. Verteilte Zähler beziehen sich auf den Betrieb und die Verwaltung von Zählern in einer verteilten Umgebung.

Warum Redis verwenden, um verteilte Zähler zu implementieren?

Mit der Popularität des verteilten Rechnens haben viele Detailprobleme in verteilten Systemen an Bedeutung gewonnen. Der Zähler ist eine einfache Variable. In einer verteilten Umgebung muss der Zähler jedoch Funktionen wie hohe Parallelität, verteilte Verfügbarkeit, Datenpersistenz und hohe Leistung unterstützen. Redis kann genau diese Anforderungen erfüllen und ist zudem hoch skalierbar und flexibel.

Redis ist eine leistungsstarke Open-Source-NoSQL-Datenbank, die häufig in Caching, Nachrichtenwarteschlangen, verteilten Sperren und anderen Bereichen verwendet wird. Redis unterstützt eine Vielzahl von Datenstrukturen, von denen String am häufigsten verwendet wird und String ein notwendiger Datentyp für die Implementierung von Zählern ist. Es unterstützt nicht nur hohe Parallelität und atomare Operationen, sondern bietet auch einen leistungsstarken Persistenzmechanismus und eine flexible Sharding-Methode und kann eine Vielzahl verteilter Architekturen wie Master-Slave-Replikation, Sentinel-Modus und Cluster-Modus unterstützen.

Wie implementiert man einen verteilten Zähler mit Redis?

Redis bietet eine Vielzahl von Befehlen zum Betrieb von String-Datentypen, einschließlich der Befehle incr und decr, mit denen der Wert des Zählers erhöht bzw. verringert werden kann. In einer Umgebung mit mehreren Threads oder mehreren Prozessen ist dies auch möglich Stellen Sie die Atomizität sicher.

Um in einer verteilten Umgebung die gemeinsame Nutzung und Verwaltung von Zählern zu realisieren, müssen wir die von Redis bereitgestellten Clustering-, Master-Slave-Replikations- oder Sentry-Modus-Mechanismen verwenden, um einen Redis-Dienstcluster mit mehreren Redis-Knoten zu bilden und diese aufzuteilen. Chip, um ein hochverfügbares und leistungsstarkes Zählersystem zu erreichen.

Das Folgende ist eine einfache Möglichkeit, es zu implementieren:

1. Erstellen Sie einen Redis-Cluster

Zuerst müssen Sie einen Redis-Cluster erstellen und ihn im Sharding-Modus konfigurieren. Ein Cluster enthält normalerweise mehrere Redis-Instanzen, die auf verschiedenen Maschinen ausgeführt werden. Jede Instanz verfügt über unabhängige Speicher- und CPU-Ressourcen und ist für die Aufrechterhaltung der Lese- und Schreibvorgänge für einen Teil der Daten im Cluster verantwortlich. Diese Instanzen müssen über das Netzwerk verbunden werden, um einen virtuellen Redis-Dienstcluster zu bilden.

2. Konfigurieren der Master-Slave-Replikation

In einem Redis-Cluster kann jede Instanz einen oder mehrere Slave-Knoten haben, um eine Master-Slave-Hot-Standby- oder Master-Slave-Lese- und Schreibtrennung zu erreichen. Der Master-Knoten ist für den Empfang von Client-Verbindungen und die Verarbeitung ihrer Anfragen verantwortlich; der Slave-Knoten ist für die Synchronisierung der Daten vom Master-Knoten und die Bereitstellung von Backup-Lesediensten verantwortlich. Die Master-Slave-Replikation kann die Datenzuverlässigkeit und -konsistenz im Cluster gewährleisten und die Auswirkungen einzelner Fehlerquellen reduzieren.

3. Verwenden Sie die Befehle incr und decr, um Zähler zu implementieren.

Im Redis-Cluster kann jede Instanz mehrere Namespaces (d. h. mehrere Datenbanken) haben, und jeder Namespace enthält mehrere Schlüssel-Wert-Paare. Bei Zählern können Sie sich diese als einzelnes Schlüssel-Wert-Paar unter einem Namespace vorstellen und diese dann mit den Befehlen incr und decr bearbeiten.

Zum Beispiel können wir ein Schlüssel-Wert-Paar vom Typ String mit dem Namen „Zähler“ in Redis speichern und seinen Anfangswert auf 0 setzen. Wenn Sie 1 hinzufügen müssen, müssen Sie nur den Befehl incr aufrufen, der automatisch 1 zum Wert im Schlüssel-Wert-Paar hinzufügt und das Ergebnis zurückgibt. Wenn Sie es um 1 dekrementieren müssen, können Sie ebenfalls den Befehl decr aufrufen. Diese Vorgänge sind atomar, sodass der Zähler garantiert korrekt und synchronisiert ist, unabhängig davon, wie viele Threads oder Clients gleichzeitig darauf zugreifen.

4. Ablaufzeit hinzufügen

Um zu verhindern, dass der Zähler aufgrund ungültiger Aktivitäten und aus anderen Gründen auf unbestimmte Zeit erhöht oder verringert wird, können wir den Zähler automatisch löschen, indem wir die Ablaufzeit festlegen. In Redis können Sie den Befehl „expire“ verwenden, um die Überlebenszeit eines Schlüssel-Wert-Paares auf einen bestimmten Zeitraum festzulegen. Wenn das Schlüssel-Wert-Paar seine Überlebenszeit überschreitet, löscht Redis es automatisch.

Zum Beispiel können wir die Ablaufzeit des Zählers auf 1 Stunde einstellen, sodass selbst wenn der Zähler weiter steigt oder fällt, er erst nach 1 Stunde automatisch abläuft, um so die Wirksamkeit und Sicherheit des Zählers zu gewährleisten.

Fazit

Der verteilte Zähler ist ein wesentliches Element in verteilten Systemen, da er Indikatoren für den Fortschritt verteilter Systeme verfolgen und aufzeichnen und zur Implementierung einer Reihe erweiterter Anwendungen wie verteilter Sperren, automatischer Skalierung und Ereignisauslöser verwendet werden kann usw. Durch die Verwendung von Redis zur Implementierung verteilter Zähler, unabhängig davon, ob es sich um eine einzelne Maschine oder mehrere Maschinen, einen einzelnen Thread oder mehrere Threads handelt, können hohe Verfügbarkeit, hohe Leistung, hohe Konsistenz und hohe Sicherheit erreicht werden.

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