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一、Redis 高可用的相关知识
1#xff09;什么是高可用
2#xff09;Redis的高可用技术
3#xff09;持久化的功能
4#xff09;redis持久化的方式
二、RDB持久化
1#xff09;RDB持久化的触发方式
#xff08;1#xff09;手动触发
#xff08;2什么是高可用
2Redis的高可用技术
3持久化的功能
4redis持久化的方式
二、RDB持久化
1RDB持久化的触发方式
1手动触发
2自动触发
3其他自动触发机制
2bgsave执行流程
3启动时加载
三、AOF持久化
1AOF的开启配置
2执行流程
1命令追加
2 文件写入(write)和文件同步(sync)
3文件重写(rewrite)
4文件重写压缩AOF文件的原因
5文件重写的触发方式
3AOF文件重写的流程
四、RDB和AOF的优缺点对比
1RDB的优缺点
优点
缺点
2AOF的优缺点
五、Redis性能管理
1查看redis的内存使用情况
2内存碎片
内存碎片产生的原因
内存碎片率对redis的影响
解决碎片率过大的方法
3内存使用率
4内回收key
六、redis的优化策略
1设置Redis客户端连接的超时时间
2) 设置 redis客户端最大连接数
3) 设置redis自动碎片清理
4) 设置redis最大内存阈值
5) 设置key回收策略
七、redis雪崩、穿透、击穿的原因和解决方案
1redis雪崩
2redis 击穿
3缓存穿透 一、Redis 高可用的相关知识
1什么是高可用
在web服务器中高可用是指服务器可以正常访问的时间衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务(99.9%、99.99%、99.999%等等)但是在Redis语境中高可用的含义似乎要宽泛一些除了保证提供正常服务( 如主从分离、快速容灾技术)还需要考虑数据容量的扩展、数据安全不会丢失等
2Redis的高可用技术
在Redis中实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和cluster集群下面分别说明它们的作用以及解决了什么样的问题
持久化 持久化是最简单的高可用方法有时甚至不被归为高可用的手段主要作用是数据备份即将数据存储在硬盘保证数据不会因进程退出而丢失主从复制 主从复制是高可用Redis的基础哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份和同步以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复
缺陷故障恢复无法自动化写操作无法负载均衡存储能力受到单机的限制
哨兵 在主从复制的基础上哨兵实现了自动化的故障恢复。主挂了找一个从成为新的主哨兵节点进行监控
缺陷写操作无法负载均衡存储能力受到单机的限制
Cluster集群 通过集群Redis解决了写操作无法负载均衡以及存储能力受到单机限制的问题实现了较为完善的高可用方案。6台起步成双成对3主3从
3持久化的功能
持久化的功能 Redis是内存数据库数据都是存储在内存中为了避免服务器断电等原因导致Redis进程异常退出后数据的永久丢失需要定期将Redis中的数据以某种形式数据或命令从内存保存到硬盘当下次Redis重启时利用持久化文件实现数据恢复。除此之外为了进行灾难备份可以将持久化文件拷贝到一个远程位置。
灾难备份一般做异地备份发生灾难后切换节点。
4redis持久化的方式
RDB持久化原理是将Reids在内存中的数据库记录定时保存到磁盘上。定时对内存中的数据生成快照以文件形式保存在硬盘中AOF持久化append only file原理是将Reids 的操作日志以追加的方式写入文件类似于MySQL的binlog。类似于Mysql的二进制日志以追加的方式将写和删的操作命令记录到AOF文件中
由于AOF持久化的实时性更好即当进程意外退出时丢失的数据更少因此AOF是目前主流的持久化方式不过RDB持 久化仍然有其用武之地。RDB体积小恢复速度更快。对性能影响较小。
二、RDB持久化
RDB持久化是指在指定的时间间隔内将内存中当前进程中的数据生成快照保存到硬盘因此也称作快照持久化用二进制压缩存储保存的文件后缀是rdb当Redis重新启动时可以读取快照文件恢复数据 1RDB持久化的触发方式
1手动触发
save命令和bgsave命令都可以生成RDB文件。
save命令会阻塞Redis服务器进程直到RDB文件创建完毕为止在Redis服务器阻塞期间服务器不能处理任何命令请求。 而bgsave命令会创建一个子进程由子进程来负责创建RDB文件父进程即Redis主进程则继续处理请求。 bgsave命令执行过程中只有fork子进程时会阻塞服务器而对于save命令整个过程都会阻塞服务器因此save已基本被废弃线上环境要杜绝save的使用。
2自动触发
在自动触发RDB持久化时Redis 也会选择bgsave而不是save来进行持久化
自动触发最常见的情况是在配置文件中通过 save m n 指定当m秒内发生n次变化时会触发bgsave
vim /etc/redis/6379.conf #编辑配置文件----219行--以下三个save条件满足任意一一个时都会引起bgsave的调用save 900 1 #当时间到900秒时如果redis数据发生了至少1次变化则执行bgsavesave 300 10 #当时间到300秒时如果redis数据发生了至少10次变化则执行bgsavesave 60 10000 #当时间到60秒时如果redis数据发生了至少10000次变化 则执行bgsave----242行--是否开启RDB文件压缩rdbcompression yes----254行--指定RDB文件名dbfilename dump.rdb----264行--指定RDB文件和AOF文件所在目录dir /var/lib/redis/6379
3其他自动触发机制
除了savemn以外还有一些其他情况会触发bgsave 在主从复制场景下如果从节点执行全量复制操作则主节点会执行bgsave命令并将rdb文件发送给从节点。 执行shutdown命令时自动执行rdb持久化
2bgsave执行流程
1Redis父进程首先判断当前是否在执行save或 bgsave/ bgrewriteaof 的子进程如果在执行则bgsave命令直接返回。
bgsave/bgrewriteaof 的子进程不能同时执行主要是基于性能方面的考虑两个并发的子进程同时执行大量的磁盘写操作可能引起严重的性能问题
2父进程执行fork操作创建子进程这个过程中父进程是阻塞的Redis不能执行来自客户端的任何命令。
3父进程fork后bgsave 命令返回Background saving started 信息并不再阻塞父进程并可以响应其他命令。
4子进程创建RDB文件根据父进程内存快照生成临时快照文件完成后对原有文件进行原子替换。原子替换文件整体替换要么都发生要么都不发生
5子进程发送信号给父进程表示完成父进程更新统计信息。 3启动时加载
RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的并没有专门的命令。但是由于AOF的优先级更高因此当AOF开启时Redis会优先载入AOF文件来恢复数据只有当AOF关闭时才会在Redis服务器启动时检测RDB文件并自动载入。 服务器载入RDB文件期间处于阻塞状态直到载入完成为止。Redis载入RDB文件时会对RDB文件进行校验如果文件损坏则日志中会打印错误Redis启动失败
三、AOF持久化
RDB持久化是将进程数据写入文件而AOF持久化则是将Redis执行的每次写、删除命令记录到单独的日志文件中查询操作不会记录。当Redis重启时再次执行AOF文件中的命令来恢复数据。重放命令进行恢复与RDB相比AOF的实时性更好因此已成为主流的持久化方案 1AOF的开启配置
Redis服务器默认开启RDB关闭AOF的 要开启AOF需要在/etc/redis/6379.conf配置文件中配置
vim /etc/redis/6379.conf----700行---修改开启AOFappendonly yes----704行---指定AOF文件名称appendfilename appendonly.aof----796行---是否忽略最后一条可能存在问题的指令aof-load-truncated yes #Redis恢复时发现AOF文件的末尾被截断了会忽略最后一条可能存在问题的指令。默认值yes。即在aof写入时可能发生redis机器运行崩溃AOF文件的末尾被截断了这种情况下yes会继续执行并恢复尽量多的数据而no会直接恢复失败报错退出。/etc/init.d/redis_6379 restart #重启redisls /var/lib/redis/6379/ #查看是否生成了aof文件
2执行流程
由于需要记录Redis的每条写命令因此AOF不需要触发下面介绍AOF的执行流程。
AOF的执行流程包括
命令追加append 将Redis的写 命令追加到缓冲区aof_ buf文件写入write和文件同步sync 根据不同的同步策略将aof_buf中的内容同步到硬盘文件重写rewrite 定期重写AOF文件达到压缩的目的。将过期数据、无效命令、多条命令进行压缩或删除
1命令追加
Redis先将写命令追加到缓冲区而不是直接写入文件主要是为了避免每次有写命令都直接写入硬盘导致硬盘IO成为Redis负载的瓶颈命令追加的格式是Redis命令请求的协议格式它是一种纯文本格式具有兼容性好、可读性强、容易处理、操作简单避免二次开销等优点在AOF文件中除了用于指定数据库的select命令如select 0为选中0号数据库是由Redis添加的 其他都是客户端发送来的写命令
2 文件写入(write)和文件同步(sync)
Redis提供了多种AOF缓存区的同步文件策略策略涉及到操作系统的write函数和fsync函数说明如下
为了提高文件写入效率在现代操作系统中当用户调用write函数将数据写入文件时操作系统通常会将数据暂存到一个内存缓冲区里当缓冲区被填满或超过了指定时限后才真正将缓冲区的数据写入到硬盘里这样的操作虽然提高了效率但也带来了安全问题如果计算机停机内存缓冲区中的数据会丢失。因此系统同时提供了fsync、fdatasync等同步函数可以强制操作系统立刻将缓冲区中的数据写入到硬盘里从而确保数据的安全性
AOF缓存区的同步文件策略存在三种同步方式它们分别是
appendfsync always命令写入aof_buf后立即调用系统fsync操作同步到AOF文件。安全性高性能低appendfsync no当缓冲区被填满或超过了指定时限后默认30秒才将缓冲区的数据写入到硬盘里。性能高但安全性低appendfsync everysec每秒同步一次是性能和数据安全性的平衡因此是Redis的默认配置 vim /etc/redis/6379.conf----729行----729 # appendfsync always730 appendfsync everysec731 # appendfsync no------------------------以下是注释----------------------------------------------------● appendfsync always:#命令写入aof_buf后立即调用系统fsync操作同步到AOF文件fsync完成后线程返回。这种情况下每次有写命令都要同步到AOF文件硬盘IO成为性能瓶颈Redis只能支持大约几百TPS写入严重降低了Redis的性能即便是使用固态硬盘(SSD) 每秒大约也只能处理几万个命令而且会大大降低SSD的寿命。安全性高性能低。● appendfsync no:#命令写入aof_buf后调用系统write操作不对AOF文件做fsync同步同步由操作系统负责通常同步周期为30秒。这种情况下文件同步的时间不可控且缓冲区中堆积的数据会很多数据安全性无法保证。当缓冲区被填满或超过了指定时限后才将缓冲区的数据写入到硬盘里。性能高但安全性低。● appendfsync everysec:#命令写入aof_buf后调用系统write操作write完成后线程返回; fsync同步文件操作由专门的线程每秒调用一次。everysec是前述两种策略的折中是性能和数据安全性的平衡因此是Redis的默认配置也是我们推荐的配置。同时保证了数据安全和性能的需求
3文件重写(rewrite)
随着时间流逝Redis服务器执行的写命令越来越多AOF文件也会越来越大过大的AOF文件不仅会影响服务器的正常运行也会导致数据恢复需要的时间过长。文件重写是指定期重写AOF文件减小AOF文件的体积。需要注意的是AOF 重写是把Redis进程内的数据转化为写命令同步到新的AOF文件不会对旧的AOF文件进行任何读取、写入操作关于文件重写需要注意的另一点是对于AOF持久化来说文件重写虽然是强烈推荐的但并不是必须的即使没有文件重写数据也可以被持久化并在Redis启动的时候导入。因此在一些现实中会关闭自动的文件重写然后通过定时任务在每天的某一时刻定时执行。
注意
重写会消耗性能影响业务不能在业务高峰期进行重写。所以一般会关闭自动重写由定时任务在每天的某一时刻定时执行重写功能。
4文件重写压缩AOF文件的原因
过期的数据不再写入文件。无效的命令不再写入文件如有些数据被重复设值set mykey v1, set mykey v2、 有些数据被删除了set myset vl, del myset等。多条命令可以合并为一个如sadd myset v1, sadd myset v2, sadd myset v3可以合并为sadd myset v1 v2 v3。sadd添加集合
rewrite之后aof文件会保存keys的最后状态清除掉之前冗余的来缩小这个文件
通过上述内容可以看出由于重写后AOF执行的命令减少了文件重写既可以减少文件占用的空间也可以加快恢复速度
5文件重写的触发方式
手动触发 直接调用bgrewriteaof命令该命令的执行与bgsave有些类似都是fork子进程进行具体的工作且都只有在fork时阻塞自动触发 通过设置auto-aof-rewrite-min-size选项和auto-aof-rewrite-percentage选项来自动执行BGREWRITEAOF
只有当auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage两个选项同时满足时才会自动触发AOF重写即bgrewriteaof操作
注意
重写由父进程fork子进程进行
重写期间Redis执行的写命令需要追加到新的AOF文件中为此Redis引入了aof_rewrite_buf缓存
vim /etc/redis/6379.conf----771行----771 auto-aof-rewrite-percentage 100772 auto-aof-rewrite-min-size 64mb-----------------------以下是注释--------------------------------● auto-aof-rewrite-percentage 100 #文件的大小超过基准百分之多少后触发bgrewriteaof。默认这个值设置为100意味着当前aof是基准大小的两倍的时候触发bgrewriteaof。把它设置为0可以禁用自动触发的功能。#即当前AOF文件大小(即aof_current_size)是上次日志重写时AOF文件大小(aof_base_size)两倍时发生BGREWRITEAOF操作。#注意例如上次文件达到100M进行重写那么这次需要达到200M时才进行重写。文件需要越来越大所以一般不使用自动重写。如果使用自动重写需要定期手动重写干预一次让文件要求恢复到100M。● auto-aof-rewrite-min-size 64mb #当文件大于64M时才会进行重写#当前aof文件大于多少字节后才触发。#当前AOF文件执行BGREWRITEAOF命令的最小值避免刚开始启动Reids时由于文件尺寸较小导致频繁的BGREWRITEAOF
3AOF文件重写的流程 1Redis父进程首先判断当前是否存在正在执行bgsave/bgrewriteaof的子进程如果存在则bgrewriteaof命令直接返回如果存在bgsave命令则等bgsave执行完成后再执行。正常情况下使用AOF就会使用AOF进行记录不会使用RDB。主从复制时会自动触发bgsave命令
2父进程执行fork操作创建子进程这个过程中父进程是阻塞的无法接受任何客户端的请求
3.1父进程fork后bgrewriteaof 命令返回Background append only file rewrite started 信息并不再阻塞父进程并可以响应其他命令。Redis的所有写命令依然写入AOF缓冲区并根据appendfsync策略同步到硬盘保证原有AOF机制的正确。
3.2由于fork操作使用写时复制技术子进程只能共享fork操作时的内存数据。由于父进程依然在响应命令因此Redis使用AOF重写缓冲区(aof_rewrite_ buf)保存这部分数据防止新AOF文件生成期间丢失这部分数据。也就是说bgrewriteaof执行期间Redis的写命令同时追加到aof_ buf和aof_rewirte_ buf两个缓冲区。 保证新写入的数据不丢失
4子进程根据内存快照按照命令合并规则写入到新的AOF文件
5.1子进程写完新的AOF文件后向父进程发信号父进程更新统计信息具体可以通过info persistence查看
5.2父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件这样就保证了新AOF文件所保存的数据库状态和服务器当前状态一致
5.3使用新的AOF文件替换老文件完成A
OF重写。替换是原子性的 四、RDB和AOF的优缺点对比
1RDB的优缺点
优点
RDB文件紧凑体积小网络传输快适合全量复制恢复速度比AOF快很多。当然与AOF相比 RDB最 重要的优点之一是对性能的影响相对较小。
体积小恢复速度更快对性能影响较小。
缺点
RDB文件的致命缺点在于其数据快照的持久化方式决定了必然做不到实时持久化而在数据越来越重要的今天数据的大量丢失很多时候是无法接受的因此AOF持久化成为主流此外RDB文 件需要满足特定格式兼容性差如老版本的Redis不兼容新版本的RDB文件对于RDB持久化一方面是bgsave在进行fork操作时Redis主进程会阻塞另一方面子进程向硬盘写数据也会带来IO压力
实时性差、兼容性差、在fork子进程时会阻塞父进程。
2AOF的优缺点
与RDB持久化相对应AOF的优点在于支持秒级持久化、实时性好、兼容性好缺点是文件大、恢复速度慢、对性能影响大。对于AOF持久化向硬盘写数据的频率大大提高everysec策略下为秒级IO压力更大甚至可能造成AOF追加阻塞问题。AOF文件的重写与RDB的bgsave类似会有fork时的阻塞和子进程的Io压力问题。相对来说由于AOF向硬盘中写数据的频率更高因此对Redis主进程性能的影响会更大。
五、Redis性能管理
1查看redis的内存使用情况
1 redis-cli127.0.0.1:6379 info memory
2 redis-cli info memory
used_memory_rss是Redis向操作系统申请的内存used_memory是Redis中的数据占用的内存used_memory_peakredis内存使用的峰值 2内存碎片
内存碎片率Redis向操作系统申请的内存 / Redis中的数据占用的内存
mem_fragmentation_ratio used_memory_rss / used_memory
mem_fragmentation_ratio内存碎片率
redis-cli info memory |grep ratio内存碎片产生的原因
Redis内部有自已的内存管理器为了提高内存使用的效率来对内存的申请和释放进行管理。Redis中的值删除的时候并没有把内存直接释放、交还给操作系统而是交给了Redis内部有内存管理器Redis中申请内存的时候也是先看自己的内存管理器中是否有足够的内存可用Redis的这种机制提高了内存的使用率但是会使Redis中有部分自己没在用却不释放的内存导致了内存碎片的发生
内存碎片率对redis的影响
内存碎片率在1到1.5之间是正常的这个值表示内存碎片率比较低也说明Redis 没有发生内存交换内存碎片率超过1.5说明Redis消耗了实际需要的物理内存的150%其中50%是内存碎片率内存碎片率低于1的说明Redis内存分配超出了物理内存操作系统正在进行内存交换使用虚拟内存会降低性能。需要增加可用物理内存或减少Redis内存占用
解决碎片率过大的方法
如果你的Redis版本是4.0以下的需要在redis-cli 工具上输入shutdown save命令让Redis数据库执行保存操作并关闭Redis服务再重启服务器。Redis服务器重启后Redis 会将没用的内存归还给操作系统碎片率会降下来Redis4.0版本开始可以在不重启的情况下线上整理内存碎片将未使用的内存归还给操作系统 config set activedefrag yes #自动碎片清理memory purge #手动碎片清理 3内存使用率
redis实例的内存使用率超过可用最大内存操作系统将开始进行内存与swap空间交换
避免内存交换发生的方法
针对缓存数据大小选择安装Redis 实例尽可能的使用Hash数据结构存储设置key的过期时间
4内回收key
内存清理策略保证合理分配redis有限的内存资源
当内存使用达到设置的最大阈值时需选择一种key的回收策略默认情况下回收策略是禁止删除noenviction。配置文件中修改 maxmemory-policy 属性值
im /etc/redis/6379.conf---598行----maxmemory-policy noenviction #修改max-memory-policy属性值##回收策略有以下几种##●volatile-lru#使用LRU算法从已设置过期时间的数据集合中淘汰数据移除最近最少使用的key针对设置了TTL的key●volatile-ttl#从已设置过期时间的数据集合中挑选即将过期的数据淘汰移除最近过期的key●volatile-random#从已设置过期时间的数据集合中随机挑选数据淘汰在设置了TTL的key里随机移除●allkeys-lru#使用LRU算法 从所有数据集合中淘汰数据移除最少使用的key针对所有的key●allkeys-random#从数据集合中任意选择数据淘汰随机移除key●noenviction#禁止淘汰数据不删除直到写满时报错
六、redis的优化策略
1设置Redis客户端连接的超时时间
vim /etc/redis/6379.conf-----114行------114 timeout 0 #单位为秒s取值范围为0~100000。默认值为0表示无限制即Redis不会主动断开连接即使这个客户端已经空闲了很长时间。#例如可设置为600则客户端空闲10分钟后Redis会主动断开连接。#注意在实际运行中为了提高性能Redis不一定会精确地按照timeout的值规定的时间来断开符合条件的空闲连接例如设置timeout为10s但空闲连接可能在12s后服务器中新增很多连接时才会被断开。
2) 设置 redis客户端最大连接数 vim /etc/redis/6379.conf-----540行------540 # maxclients 10000 #若不设置默认是10000redis-cli info clients #查看redis当前连接数
3) 设置redis自动碎片清理 config set activedefrag yes #自动碎片清理memory purge #手动碎片清理
4) 设置redis最大内存阈值
内存阈值如果不设置则没有限制直到把服务器的内存干满、之后会使用交换分区。
设置内存阈值后不会使用swap交换分区。且如果设置了key回收策略当内存使用达到设置的最大阈值时系统会进行key回收
vim /etc/redis/6379.conf-----567行------567 # maxmemory bytes568 maxmemory 1gb #例如设置最大内存阈值为1gb
5) 设置key回收策略
当内存使用达到设置的最大阈值时需选择一种key的回收策略默认情况下回收策略是禁止删除noenviction。设置key回收策略后则当redis内存使用达到设置的最大阈值时系统会进行key回收释放一部分内存
vim /etc/redis/6379.conf---598行----maxmemory-policy noenviction #需要修改max-memory-policy属性值##回收策略有以下几种##●volatile-lru#使用LRU算法从已设置过期时间的数据集合中淘汰数据移除最近最少使用的key针对设置了TTL的key●volatile-ttl#从已设置过期时间的数据集合中挑选即将过期的数据淘汰移除最近过期的key●volatile-random#从已设置过期时间的数据集合中随机挑选数据淘汰在设置了TTL的key里随机移除●allkeys-lru#使用LRU算法 从所有数据集合中淘汰数据移除最少使用的key针对所有的key●allkeys-random#从数据集合中任意选择数据淘汰随机移除key●noenviction#禁止淘汰数据不删除直到写满时报错
七、redis雪崩、穿透、击穿的原因和解决方案
1redis雪崩
定义缓存雪崩是指大量的应用请求无法在 Redis 缓存中进行处理紧接着应用将大量请求发送到数据库层导致数据库层的压力激增。
一个简单的雪崩过程
Redis 集群产生了大面积故障缓存失败此时仍有大量请求去访问 Redis 缓存服务器在大量 Redis 请求失败后这些请求将会去访问数据库由于应用的设计依赖于数据库和 Redis 服务很快就会造成服务器集群的雪崩最终导致整个系统的瘫痪。
产生的原因
缓存中有大量数据同时过期导致大量请求无法得到处理。Redis 缓存实例发生故障宕机了
解决方案
【事前】高可用缓存高可用缓存是防止出现整个缓存故障。即使个别节点机器甚至机房都关闭系统仍然可以提供服务Redis 哨兵(Sentinel) 和 Redis 集群(Cluster) 都可以做到高可用【事中】缓存降级临时支持当访问次数急剧增加导致服务出现问题时我们如何确保服务仍然可用。在国内使用比较多的是 Hystrix它通过熔断、降级、限流三个手段来降低雪崩发生后的损失。只要确保数据库不死系统总可以响应请求每年的春节 12306 我们不都是这么过来的吗只要还可以响应起码还有抢到票的机会【事后】Redis备份和快速预热Redis数据备份和恢复、快速缓存预热
2redis 击穿 缓存击穿是指当前热点数据存储到期时多个线程同时并发访问热点数据。因为缓存刚过期所有并发请求都会到数据库中查询数据
解决方法
将热点数据设置为永不过期加互斥锁互斥锁可以控制查询数据库的线程访问但这种方案会导致系统的吞吐量下降需要根据实际情况使用
3缓存穿透
缓存穿透是指缓存和数据库中都没有的数据而用户不断发起请求如发起id为-1的数据或者特别大的不存在的数据。有可能是黑客利用漏洞攻击从而去压垮应用的数据库。
验证拦截接口层进行校验如鉴定用户权限对ID之类的字段做基础的校验如id0的字段直接拦截缓存空数据当数据库查询到的数据为空时也将这条数据进行缓存但缓存的有效性设置得要较短以免影响正常数据的缓存 使用布隆过滤器布隆过滤器是一种比较独特数据结构有一定的误差。当它指定一个数据存在时它不一定存在但是当它指定一个数据不存在时那么它一定是不存在的
