Redis学习

Reids

Reference

[1] https://zhuanlan.zhihu.com/p/62608469

解决问题

主要为了解决性能问题. 

• 计数器&统计数据: 排行榜

• 列出前100名用户 zset

• 列出某用户当前名词

• 任务队列: 定时任务(把时间戳和用户一起做为key放到list里被消费),推送

• 针对不同类型的用户有不同的任务组合 (把任务放到list列表里,消费者不断消费列表)

• 关注

• 粉丝列表

• 关注列表

• 限流器

Redis技术

事件循环

redis是单线程的,整个redis服务在启动之后会陷入一个巨大的while循环,不停地处理文件事件(先处理)和时间事件(后处理).

文件事件: 新建链接等响应请求事件.epoll方式,在多个客户端中实现多路复用,接受它们发来的命令请求,并将命令的执行结果返回给客户端.

时间事件: 记录那些要在指定时间点运行的事件,多个时间事件以无序链表的形式保存在服务器状态中.

内部定时的任务如: 

• 更新服务器各类统计信息,如事件、内存占用等

• 数据库后台操作,key过期清理、数据库rehash等

• 关闭、清理失效的客户端连接

• 检查是否需要RDB dump(全部数据拷贝的磁盘,会新建进程去做),AOF重写

• 主节点,对从节点定期同步

• 集群模式,集群定期同步信息和连接测试

beforesleep阶段 =》 进入event loop前执行

• cluster集群状态检查,ok-》fail, fail-》ok

• 处理被block住的client,如一些阻塞请求BLPOP等

• 将AOF buffer持久化到AOF文件

redis大体流程: beforeSleep-》epollwait-》处理请求-》定时事件-》...

建议: 减少大key(> 1M),减少耗时命令...

过期&逐出

逐出

当执行write但内存达到上限时,强制将一些key删除.删除key的策略:

• allkeys - 所有key

• volatile - 设置了过期的key

• LRU - 最久未被使用

• random - 随机

• ttl - 最快过期的

特点

• 不是精准算法,而是抽样比对

• 每次写入操作前判断

• 逐出会block当前请求

建议: 关注逐出qps,过高会影响正常请求处理.redis内部会用hash来记录一些内部关系,达到一定容量限制后会翻倍的rehash,这个阶段持续的几秒钟有可能造成写入key时大量逐出.

过期

当某个key到达了ttl事件,认为该key已经失效.

两种方式:

• 惰性删除 - 读写操作前判断ttl,如过期则删除

• 定期删除 - 在redis定时事件中随机抽取部分key判断ttl

特点

• 并不一定是按设置时间准时的过期

• 定期删除的时候会判断过期比例,达到阈值才退出

建议:打散key的过期时间,避免大量key在同一时间点过期

持久化

将内存中的数据dump到磁盘文件,两种方式

• RDB持久化到文件中

• 经过压缩的二进制格式

• fork子进程dump可能造成瞬间卡顿

• AOF持久化(推荐)

• 保存所有修改数据库的命令

• 先写aof缓存,再同步到aof文件(异步)

• aof重写,达到阈值时触发,减小文件大小

应用:利用AOF文件备灾

• 可将数据恢复到最近3天任意小时粒度

主从复制

主从模式

• 主、从节点都可以挂从节点(扛读流量)

• 最终一致性

全量同步

• 传递RDB文件&restore命令重建kv

• 传递在RDB dump过程中的写入数据

部分同步

• 根据offset传递积压缓存中的部分数据

pipeline&mget

pipeline

• Client: 将多个命令缓存起来,缓冲区满了就发送

• Redis: 处理一个tcp连接发来的多个命令;处理完一个就发一个

• Twemproxy: 既要处理一个client连接发来的多个命令,又要将同一个下游redis server的命令缓存起来一起发送

信息链路:

Redis client -》 proxy -》redis server

优点:

• 节省往返时间

• 减少proxy,redis server的IO次数

Mget

• Client: 使用mget命令

• Redis: 一个命令中处理多个key;等所有key处理完后组装回复一起发送

• Twemproxy: 拆key分发到不同redis server;需要等待、缓存mget中全部回复

优点:

• 节省往返时间

缺点:

• proxy缓存mget结果

• mget延时是最后一个key回复时间,前面的key需要等待

建议:利用pipeline代替mget,且控制一次请求的命令数量(建议50以内)

redis集群

• 一致性hash方式

实例宕机、加节点容易造成数据丢失

• 原生redis cluster方式:

每个实例都有主有从,两两(master)之间进行通信,有节点数量限制

为什么Redis单线程却能支撑高并发

I/O多路复用, Redis 服务采用 Reactor 的方式来实现文件事件处理器（每一个网络连接其实都对应一个文件描述符). 文件事件处理器使用 I/O 多路复用模块同时监听多个 FD，当 accept、read、write 和 close 文件事件产生时，文件事件处理器就会回调 FD 绑定的事件处理器。虽然整个文件事件处理器是在单线程上运行的，但是通过 I/O 多路复用模块的引入，实现了同时对多个 FD 读写的监控，提高了网络通信模型的性能，同时也可以保证整个 Redis 服务实现的简单。

 

Redis 会优先选择时间复杂度为 ​$O(1)$​ 的 I/O 多路复用函数作为底层实现，包括 Solaries 10 中的 evport、Linux 中的 epoll 和 macOS/FreeBSD 中的 kqueue，上述的这些函数都使用了内核内部的结构，并且能够服务几十万的文件描述符。

但是如果当前编译环境没有上述函数，就会选择 select 作为备选方案，由于其在使用时会扫描全部监听的描述符，所以其时间复杂度较差 ​$O(n)$​，并且只能同时服务 1024 个文件描述符，所以一般并不会以 select 作为第一方案使用。

Redis使用规范

一、键值设计

1、key名设计
可读性和可管理性
以业务名(或数据库名)为前缀(防止key冲突)，用冒号分隔，比如业务名:表名:id
ugc:video: 1
简洁性
保证语义的前提下，控制key的长度，当key较多时，内存占用也不容忽视，例如：
user:{uid}:friends:messages:{mid}简化为u:{uid}:fr:m:{mid}。
不要包含特殊字符
反例：包含空格、换行、单双引号以及其他转义字符
2、value设计
拒绝bigkey
防止网卡流量、慢查询，string类型控制在10KB以内，hash、list、set、zset元素个数不要超过5000。
反例：一个包含200万个元素的list。
非字符串的bigkey，不要使用del删除，使用hscan、sscan、zscan方式渐进式删除，同时要注意防止bigkey过期时间自动删除问题(例如一个200万的zset设置1小时过期，会触发del操作，造成阻塞，而且该操作不会不出现在慢查询中(latency可查))，查找方法和删除方法
选择适合的数据类型
例如：实体类型(要合理控制和使用数据结构内存编码优化配置,例如ziplist，但也要注意节省内存和性能之间的平衡)。了解下，Redis 为什么这么快？
反例：
set user: 1 :name tom set user: 1 :age 19 set user: 1 :favor football
正例:
hmset user: 1 name tom age 19 favor football
控制key的生命周期
redis不是垃圾桶，建议使用expire设置过期时间(条件允许可以打散过期时间，防止集中过期)，不过期的数据重点关注idletime。

二、命令使用

1、O(N)命令关注N的数量
例如hgetall、lrange、smembers、zrange、sinter等并非不能使用，但是需要明确N的值。有遍历的需求可以使用hscan、sscan、zscan代替。
2、禁用命令
禁止线上使用keys、flushall、flushdb等，通过redis的rename机制禁掉命令，或者使用scan的方式渐进式处理。一个致命的 Redis 命令，导致公司损失 400 万！！关注Java技术栈微信公众号，在后台回复关键字：redis，可以获取更多栈长整理的 Redis 系列技术干货。
3、合理使用select
redis的多数据库较弱，使用数字进行区分，很多客户端支持较差，同时多业务用多数据库实际还是单线程处理，会有干扰。
4、使用批量操作提高效率

1. 原生命令：例如mget、mset。
2. 非原生命令：可以使用pipeline提高效率。

但要注意控制一次批量操作的元素个数(例如500以内，实际也和元素字节数有关)。
注意两者不同：

1. 原生是原子操作，pipeline是非原子操作。
2. pipeline可以打包不同的命令，原生做不到
3. pipeline需要客户端和服务端同时支持。

5、不建议过多使用Redis事务功能
Redis的事务功能较弱(不支持回滚)，而且集群版本(自研和官方)要求一次事务操作的key必须在一个slot上(可以使用hashtag功能解决)。
6、Redis集群版本在使用Lua上有特殊要求
1、所有key都应该由 KEYS 数组来传递，redis.call/pcall 里面调用的redis命令，key的位置，必须是KEYS array, 否则直接返回error，"-ERR bad lua script for redis cluster, all the keys that the script uses should be passed using the KEYS arrayrn"
2、所有key，必须在1个slot上，否则直接返回error, "-ERR eval/evalsha command keys must in same slotrn"
7、monitor命令
必要情况下使用monitor命令时，要注意不要长时间使用。

三、客户端使用

1、避免多个应用使用一个Redis实例
不相干的业务拆分，公共数据做服务化。
2、使用连接池
可以有效控制连接，同时提高效率，标准使用方式：
Jedis jedis = null; try { jedis = jedisPool.getResource(); //具体的命令 jedis.executeCommand() } catch (Exception e) { logger.error("op key {} error: " + e.getMessage(), key, 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(); }
3、熔断功能
高并发下建议客户端添加熔断功能(例如netflix hystrix)
4、合理的加密
设置合理的密码，如有必要可以使用SSL加密访问（阿里云Redis支持）
5、淘汰策略
根据自身业务类型，选好maxmemory-policy(最大内存淘汰策略)，设置好过期时间。
默认策略是volatile-lru，即超过最大内存后，在过期键中使用lru算法进行key的剔除，保证不过期数据不被删除，但是可能会出现OOM问题。
其他策略如下：

• allkeys-lru：根据LRU算法删除键，不管数据有没有设置超时属性，直到腾出足够空间为止。
• allkeys-random：随机删除所有键，直到腾出足够空间为止。
• volatile-random:随机删除过期键，直到腾出足够空间为止。
• volatile-ttl：根据键值对象的ttl属性，删除最近将要过期数据。如果没有，回退到noeviction策略。
• noeviction：不会剔除任何数据，拒绝所有写入操作并返回客户端错误信息"(error) OOM command not allowed when used memory"，此时Redis只响应读操作。

四、相关工具

1、数据同步
redis间数据同步可以使用：redis-port
2、big key搜索
redis大key搜索工具
3、热点key寻找
内部实现使用monitor，所以建议短时间使用facebook的redis-faina
阿里云Redis已经在内核层面解决热点key问题

五、删除bigkey

1. 下面操作可以使用pipeline加速。
2. redis 4.0已经支持key的异步删除，欢迎使用。