8月代码文档

1. 原型模式

原型模式主要用于对象的复制，实现一个接口（实现 Cloneable 接口）， 重写一个方法（重写 Object 类中的 clone 方法），即完成了原型模式。 原型模式中的拷贝分为”浅拷贝”和”深拷贝”。

浅拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制，对引用类型的成员变量只复制引用,不复制引用的对象。

深拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制，对引用类型的成员变量也进行引用对象的复制。

1.1 浅拷贝

package com.epoint.common.util;

import java.util.ArrayList;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

/**
 * 浅拷贝-原型模式
 * 
 * @author zsbo
 * @version v1.0
 * @date 2021/9/2 08:47
 */
public class ISimplePrototype implements Cloneable
{
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(IDeepPrototype.class);

    public ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

    @Override
    protected ISimplePrototype clone() {
        ISimplePrototype clone = null;
        try {
            clone = (ISimplePrototype) super.clone();
        }
        catch (CloneNotSupportedException e) {
            log.error(e.getMessage(), e);
        }
        return clone;
    }

    public ArrayList<String> getList() {
        return list;
    }

    public void setList(ArrayList<String> list) {
        this.list = list;
    }

    public void display() {
        for (String str:list) {
            System.out.print(str+",");
        }
        System.out.println();
    }
}

1.2 深拷贝

package com.epoint.common.util;

import java.util.ArrayList;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

/**
 * 深拷贝-原型模式
 * 
 * @author zsbo
 * @version v1.0
 * @date 2021/9/2 09:08
 */
public class IDeepPrototype implements Cloneable
{
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(IDeepPrototype.class);

    public ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

    @Override
    protected IDeepPrototype clone() {
        IDeepPrototype clone = null;
        try {
            clone = (IDeepPrototype) super.clone();
            clone.list = (ArrayList<String>) this.list.clone();
        }
        catch (CloneNotSupportedException e) {
            log.error(e.getMessage(), e);
        }
        return clone;
    }

    public ArrayList<String> getList() {
        return list;
    }

    public void setList(ArrayList<String> list) {
        this.list = list;
    }

    public void display() {
        for (String str:list) {
            System.out.print(str+",");
        }
        System.out.println();
    }
}

1.3 测试类

package com.epoint.common.util;

/**
 * 原型模式-测试类
 * 
 * @author zsbo
 * @version v1.0
 * @date 2021/9/2 08:49
 */
public class Main
{
    public static void main(String[] args) {
        // 浅拷贝
        ISimplePrototype iSimplePrototype = new ISimplePrototype();
        ISimplePrototype simpleClone = iSimplePrototype.clone();
        iSimplePrototype.getList().add("tmp1");
        iSimplePrototype.display();// tmp1,
        simpleClone.getList().add("tmp2");
        iSimplePrototype.display();// tmp1,tmp2,
        simpleClone.display();// tmp1,tmp2,
        System.out.println(iSimplePrototype.getList() == simpleClone.getList());// true

        System.out.println("------------------------------------");

        // 深拷贝
        IDeepPrototype iDeepPrototype = new IDeepPrototype();
        IDeepPrototype deepClone = iDeepPrototype.clone();
        iDeepPrototype.getList().add("tmp1");
        iDeepPrototype.display();// tmp1,
        deepClone.getList().add("tmp2");
        iDeepPrototype.display();// tmp1,
        deepClone.display();// tmp2,
        System.out.println(iDeepPrototype.getList() == deepClone.getList());// false
    }
}

1.4 和单例模式关系

这两种设计模式都是处理对象创建的设计模式，区别在于:

原型模式是在已指定对象的基础上，然后通过拷贝这些原型对象创建新的对象；而单例模式模式的核心是将类的构造方法私有化，之后在类的内部产生实例化对象，并通过静态方法返回实例化对象的应用。

2. Redis

Redis是一个Key-Value的内存数据库（NoSQL），同时具备持久化的能力。同时，Redis提供面向多种语言的API，并且诸如Spring这样的框架已经给予Redis很好的支持，我们常用（Java）的Redis Client工具是Jedis。

2.1 使用场景

2.1.1 计数器

可以对 String 进行自增自减运算，从而实现计数器功能。

Redis 这种内存型数据库的读写性能非常高，很适合存储频繁读写的计数量。

2.1.2 缓存

将热点数据放到内存中，设置内存的最大使用量以及淘汰策略来保证缓存的命中率。

2.1.3 会话缓存

可以使用 Redis 来统一存储多台应用服务器的会话信息。

当应用服务器不再存储用户的会话信息，也就不再具有状态，一个用户可以请求任意一个应用服务器，从而更容易实现高可用性以及可伸缩性。

2.1.4 全页缓存（FPC）

除基本的会话token之外，Redis还提供很简便的FPC平台。

以Magento为例，Magento提供一个插件来使用Redis作为全页缓存后端。此外，对WordPress的用户来说，Pantheon有一个非常好的插件 wp-redis，这个插件能帮助你以最快速度加载你曾浏览过的页面。

2.1.5 查找表

例如 DNS 记录就很适合使用 Redis 进行存储。

查找表和缓存类似，也是利用了 Redis 快速的查找特性。但是查找表的内容不能失效，而缓存的内容可以失效，因为缓存不作为可靠的数据来源。

2.1.6 消息队列(发布/订阅功能)

List 是一个双向链表，可以通过 lpush 和 rpop 写入和读取消息

不过最好使用 Kafka、RabbitMQ 等消息中间件。

2.1.7 分布式锁实现

在分布式场景下，无法使用单机环境下的锁来对多个节点上的进程进行同步。

可以使用 Redis 自带的 SETNX 命令实现分布式锁，除此之外，还可以使用官方提供的 RedLock 分布式锁实现。

2.1.8 其它

Set 可以实现交集、并集等操作，从而实现共同好友等功能。

ZSet 可以实现有序性操作，从而实现排行榜等功能。

2.2 java客户端

2.2.1 Redis请求通信协议

Redis客户端与服务端通信使用 RESP(REdis Serialization Protocol)协议

它是一个序列化协议，支持如下几种数据类型，具体类型判断通过第一个字节判断，之间通过”\r\n”来分隔

• 简单字符串 以”+” 开头
• 错误类型 以”-“ 开头
• 整数 以”:” 开头
• 块字符串 以”$” 开头
• 数组 以”*” 开头

客户端每次发送一个块字符串数组到服务端，服务端根据命令执行后返回结果

简单字符串

以”+”字符开头，后面接实际字符串，最后以”\r\n”结尾

因为字符是通过’\r\n’来判断结尾的，所以此种类型中的字符串内容就不能包含这特殊字符，如果有需要可以使用块字符串类型

例子：+OK\r\n

错误类型

以”-“字符开头，后面接着错误错误信息，最后以”\r\n”结尾

例子：-Error message\r\n

整数

以”:”字符开头，数值，，最后以”\r\n”结尾

例子：:1000\r\n

块字符串

以”$”字符开头，后面是字符串的实际长度，之后以”\r\n”分隔，接着是字符串内容，最后以’\r\n’结尾

例子：空字符串：$0\r\n\r\n Null(不存在的值)：$-1\r\n

数组

以”*”开头，后面是数组长度，之后以”\r\n”分隔，后面是具体的其他的数据值(数据类型不要求一致)

例子：空数组：*0\r\n 队列阻塞超时：*-1\r\n

2.2.2 使用过程中的常见问题及解决

无法从连接池获取到Jedis连接

JedisPool默认的maxTotal值为8，下面代码从JedisPool中获取了8个Jedis资源，但是没有归还资源。因此，当第9次尝试获取Jedis资源的时候，则无法调用jedisPool.getResource().ping()。

GenericObjectPoolConfig poolConfig = new GenericObjectPoolConfig();
JedisPool jedisPool = new JedisPool(poolConfig, "127.0.0.1", 6379);
//向JedisPool借用8次连接，但是没有执行归还操作。
for (int i = 0; i < 8; i++) {
    Jedis jedis = null;
    try {
        jedis = jedisPool.getResource();
        jedis.ping();
    } 
    catch (Exception e) {
        logger.error(e.getMessage(), e);
    }
}
jedisPool.getResource().ping();

正确示例如下：

Jedis jedis = null;
try {
    jedis = jedisPool.getResource();
    //具体的命令
    jedis.executeCommand()
} 
catch (Exception e) {
    //如果命令有key最好把key也在错误日志打印出来，对于集群版来说通过key可以帮助定位到具体节点。
    logger.error(e.getMessage(), e);
} 
finally {
    //注意这里不是关闭连接，在JedisPool模式下，Jedis会被归还给资源池。
    if (jedis != null) {
    	jedis.close();
    }    
}

具体还有一些其他原因导致无法获得连接，例如：业务并发量大，而maxTotal值设置得过小；Jedis连接被拒绝，一般是由于Redis的域名配置或网络问题等原因导致。

2.3 redis速度快的原因

纯内存操作，避免大量访问数据库，减少直接读取磁盘数据，redis 将数据储存在内存里面，读写数据的时候都不会受到硬盘 I/O 速度的限制，所以速度快；

单线程操作，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗；

采用了非阻塞I/O多路复用机制，采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求（尽量减少网络 IO 的时间消耗），多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O 事件的能力，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有 I/O 事件时，就从阻塞态中唤醒，于是程序就会轮询一遍所有的流（epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流），并且只依次顺序的处理就绪的流，这种做法就避免了大量的无用操作，从而提高效率；

灵活多样的数据结构，redis内部使用一个redisObject对象来表示所有的key和value。redisObject主要的信息包括数据类型、编码方式、数据指针、虚拟内存等。它包含String，Hash，List，Set，Sorted Set五种数据类型，针对不同的场景使用对应的数据类型，减少内存使用的同时，节省网络流量传输。

2.4 持久化实现

Redis持久化有两种实现方式：

RDB（指定的时间间隔内保存数据快照）

全称Redis Database Backup file（Redis数据备份文件），也被叫做Redis数据快照。我们可以通过执行save或bgsave命令让Redis在本地生成RDB快照文件，这个RDB文件包含了整个实例接近完整的数据内容。

AOF（先把命令追加到操作日志的尾部，保存所有的历史操作）

全称为Append Only File（追加日志文件）。它与RDB不同的是，AOF中记录的是每一个命令的详细信息，包括完整的命令类型、参数等。只要产生写命令，就会实时写入到AOF文件中。

#	RDB	AOF
持久化方式	生成某一时刻的数据快照文件	实时记录每一个写命令到文件
数据完整性	不完整，取决于备份周期	相对完整性高，取决于文件刷盘方式
文件大小	压缩二进制写入，文件较小	原始的操作命令，文件大
宕机恢复时间	快	慢
恢复优先级	低	高
持久化代价	高，消耗大量CPU和内存	低，只占用磁盘IO资源
使用场景	数据备份、主从全量复制、对丢数据不敏感的业务场景快速数据恢复	对于丢失数据敏感的场景，例如涉及金钱交易相关的业务

2.5 高可用实现

Redis高可用的几种常见方式如下：

Redis多副本（主从复制）

Redis多副本，采用主从（replication）部署结构，相较于单副本而言最大的特点就是主从实例间数据实时同步，并且提供数据持久化和备份策略。主从实例部署在不同的物理服务器上，根据公司的基础环境配置，可以实现同时对外提供服务和读写分离策略。

Redis Sentinel（哨兵）

Redis Sentinel是社区版本推出的原生高可用解决方案，其部署架构主要包括两部分：Redis Sentinel集群和Redis数据集群。

其中Redis Sentinel集群是由若干Sentinel节点组成的分布式集群，可以实现故障发现、故障自动转移、配置中心和客户端通知。Redis Sentinel的节点数量要满足2n+1（n>=1）的奇数个。

Redis Cluster（Redis集群）

Redis Cluster是社区版推出的Redis分布式集群解决方案，主要解决Redis分布式方面的需求，比如，当遇到单机内存，并发和流量等瓶颈的时候，Redis Cluster能起到很好的负载均衡的目的。

Redis Cluster集群节点最小配置6个节点以上（3主3从），其中主节点提供读写操作，从节点作为备用节点，不提供请求，只作为故障转移使用。

Redis Cluster采用虚拟槽分区，所有的键根据哈希函数映射到0～16383个整数槽内，每个节点负责维护一部分槽以及槽所印映射的键值数据。