Redis 6.0 新特性篇：深度剖析客户端缓存（Client side caching）原理与性能

码老湿，上次你讲解了 Redis 多线程模型，这次我想知道客户端缓存（Client side caching）技术，他的英文名叫： Redis server-assisted client side caching ，可以说说么？
我不是嫖客，看完我会点赞、再看、分享的。

别装逼了，还整英文，咋不上天，做人要说话算数哟，不然半夜尿裤子。在说这个之前，码哥先给读者送一段寄语作为开篇。

开篇寄语

不要吝啬你的赞美，如果别人做的很好，就给他正反馈，这也是一种利他。

另外，少关注用「赞美」投票的事物，而多关注用「交易」投票的事物。

判断一个人是否牛逼，不是看网上有多少人赞美他，而是看有多少人愿意跟他发生交易、赞赏、支付、下单。

因为赞美太廉价，而愿意与他发生交易，才是真正的信任。

为啥需要客户端缓存

Redis 的Tracking Feature 的实现代码在: https://github.com/antirez/redis/blob/unstable/src/tracking.c。

很多公司使用 Redis 做缓存系统，并且很好的提高了数据访问的性能，为了进一步应对热点数据，还是会在 Redis 的 Client 端缓存一部分热点数据，用来应对「吃瓜事件」。

比如，「这该死的 996 福报」、「吴亦凡之大方牢房」、「时间管理大师」、「思聪舔我不得就锤我」、「吴秀波之谈恋爱么，能坐牢的那种」……

除了使用 Redis 缓存避免直接访问数据库以外，还会加更多的 cache 层，比如采用 Memcachced 作为热点数据的本地缓存：

1. 先去 Memcachced 中查询数据，命中直接返回。
2. Memcachced 未命中，则再从 Redis 查询，命中则返回数据，并在 Memcachced 保存这个数据。
3. Redis 未命中，则去 MySQL中查询，并依次设置到 Redis 和 Memcachced中。

访问本地内存的的性能必然比通过网络访问 Redis 快，所以这种模式可以极大地减少获取数据的延迟，并且可以减少 Redis 的负载，提高性能。

1. 访问 Redis 获取数据，服务器响应。

2. 使用客户端缓存，应用程序将获取的热门的数据存储在用用程序中，无需再次通过网络访问 Redis。

   

应该缓存什么

• 我们不应该缓存不断变化的键。
• 我们不该缓存很少请求的键。
• 我们希望缓存经常请求并以合理速率更改的键。对于没有稳定变化速度的例子，比如不断被INCR修改的全局计数器，就不应该缓存。

客户端缓存实现原理

码老湿， Redis 中的数据修改或者失效了，如何及时同步告知客户端失效了呢？自己实现也太复杂了。

Redis 实现的是一个服务端协助的客户端缓存，叫做tracking。客户端缓存的命令是:

CLIENT TRACKING ON|OFF [REDIRECT client-id] [PREFIX prefix] [BCAST] [OPTIN] [OPTOUT] [NOLOOP]

Redis 6.0 实现 Tracking 功能提供了两种模式解决这个问题，分别是使用RESP3 协议版本的普通模式和广播模式，以及使用 RESP2 协议版本的转发模式。

*

普通模式

当tracking开启时， Redis 会「记住」每个客户端请求的 key，当 key 的值发现变化时会发送失效信息给客户端 (invalidation message)。

失效信息可以通过 RESP3 协议发送给请求的客户端，或者转发给一个不同的连接 (支持 RESP2 + Pub/Sub) 的客户端。

• Server 端将 Client 访问的 key以及该 key 对应的客户端 ID 列表信息存储在全局唯一的表（TrackingTable），当表满了，回移除最老的记录，同时触发该记录已过期的通知给客户端。
• 每个 Redis 客户端又有一个唯一的数字 ID，TrackingTable 存储着每一个 Client ID，当连接断开后，清除该 ID 对应的记录。
• TrackingTable 表中记录的 Key 信息不考虑是哪个 database 的，虽然访问的是 db1 的 key，db2 同名 key 修改时会客户端收到过期提示，但这样做会减少系统的复杂性，以及表的存储数据量。

码老湿，可以说下这个 TrackingTable 原理么？

Redis 服务端使用 TrackingTable 存储普通模式的客户端数据，它的数据类型是基数树 ( radix tree)。

基数树是针对稀疏的长整型数据查找的多叉搜索树，能快速且节省空间的完映射。

Redis 用它存储键的指针和客户端 ID 的映射关系。因为键对象的指针就是内存地址，也就是长整型数据。客户端缓存的相关操作就是对该数据的增删改查：

注意

服务端对于记录的 key 只会报告一次 invalidate 消息，也就是说，服务端在给客户端发送过一次 invalidate 消息后，如果 key 再被修改，此时，服务端就不会再次给客户端发送 invalidate 消息。

只有下次客户端再次执行只读命令被 track，才会进行下一次消息通知 。

客户端默认不开启 track 模式，我们需要在获取执行指令之前执行开启命令：

CLIENT TRACKING ON|OFF
+OK
GET user:211
$3
公众号:码哥字节

广播模式(BCAST)

当广播模式 (broadcasting) 开启时，服务器不会记住给定客户端访问了哪些键，因此这种模式在服务器端根本不消耗任何内存。

在这个模式下，服务端会给客户端广播所有 key 的失效情况，如果 key 被频繁修改，服务端会发送大量的失效广播消息，这就会消耗大量的网络带宽资源。

所以，在实际应用中，我们设置让客户端注册只跟踪指定前缀的 key，当注册跟踪的 key 前缀匹配被修改，服务端就会把失效消息广播给所有关注这个 key前缀的客户端。

client tracking on bcast prefix user

这种监测带有前缀的 key 的广播模式，和我们对 key 的命名规范非常匹配。我们在实际应用时，会给同一业务下的 key 设置相同的业务名前缀，所以，我们就可以非常方便地使用广播模式。

广播模式与普通模式类似，Redis 使用 PrefixTable 存储广播模式下的客户端数据，它存储前缀字符串指针和(需要通知的 key 和客户端 ID)的映射关系。

转发模式

普通模式与广播模式，需要客户端使用 RESP 3 协议，他是 Redis 6.0 新启用的协议。

对于使用 RESP 2 协议的客户端来说，实现客户端缓存则需要另一种模式：重定向模式（redirect）。

RESP 2 无法直接 PUSH 失效消息，所以 需要另一个支持 RESP 3 协议的客户端 告诉 Server 将失效消息通过 Pus/Sub 通知给 RESP 2 客户端。

在重定向模式下，想要获得失效消息通知的客户端，就需要执行订阅命令 SUBSCRIBE，专门订阅用于发送失效消息的频道 _redis_:invalidate。

同时，再使用另外一个客户端，执行 CLIENT TRACKING 命令，设置服务端将失效消息转发给使用 RESP 2 协议的客户端。

假设客户端 B 想要获取失效消息，但是客户端 B 只支持 RESP 2 协议，客户端 A 支持 RESP 3 协议。我们可以分别在客户端 B 和 A 上执行 SUBSCRIBE 和 CLIENT TRACKING，如下所示：

//客户端B执行，客户端 B 的 ID 号是 606
SUBSCRIBE _redis_:invalidate

//客户端 A 执行
CLIENT TRACKING ON BCAST REDIRECT 606

B 客户端就可以通过 _redis_:invalidate 频道获取失效消息了。

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