本章内容
- Redis 键值设计
- 批处理优化
- 服务端优化
- 集群最佳实践
笔记整理自 b站_黑马程序员Redis入门到实战教程
Redis 的 Key 虽然可以自定义,但最好遵循下面的几个最佳实践约定:
[业务名称]:[数据名]:[id]
例如:我们的登录业务,保存用户信息,其 key 可以设计成如下格式:
这样设计的好处:
BigKey 通常以 Key 的大小和 Key 中成员的数量来综合判定,例如:
那么如何判断元素的大小呢?redis 也给我们提供了命令:
推荐值:
利用 redis-cli 提供的 --bigkeys 参数,可以遍历分析所有 key,并返回 key 的整体统计信息与每个数据的 Top1 的 BigKey。
命令:redis-cli -a 密码 --bigkeys
自己编程,利用 scan 扫描 Redis 中的所有 key,利用 strlen、hlen 等命令判断 key 的长度(此处不建议使用 MEMORY USAGE)
scan 命令调用完后每次会返回 2 个元素,第一个是下一次迭代的光标,第一次光标会设置为 0,当最后一次 scan 返回的光标等于 0 时,表示整个 scan 遍历结束了,第二个返回的是 List,一个匹配的 key 的数组。
import com.heima.jedis.util.JedisConnectionFactory;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.ScanResult;import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;public class JedisTest {private Jedis jedis;@BeforeEachvoid setUp() {// 1.建立连接// jedis = new Jedis("192.168.150.101", 6379);jedis = JedisConnectionFactory.getJedis();// 2.设置密码jedis.auth("123321");// 3.选择库jedis.select(0);}final static int STR_MAX_LEN = 10 * 1024;final static int HASH_MAX_LEN = 500;@Testvoid testScan() {int maxLen = 0;long len = 0;String cursor = "0";do {// 扫描并获取一部分keyScanResult result = jedis.scan(cursor);// 记录cursorcursor = result.getCursor();List list = result.getResult();if (list == null || list.isEmpty()) {break;}// 遍历for (String key : list) {// 判断key的类型String type = jedis.type(key);switch (type) {case "string":len = jedis.strlen(key);maxLen = STR_MAX_LEN;break;case "hash":len = jedis.hlen(key);maxLen = HASH_MAX_LEN;break;case "list":len = jedis.llen(key);maxLen = HASH_MAX_LEN;break;case "set":len = jedis.scard(key);maxLen = HASH_MAX_LEN;break;case "zset":len = jedis.zcard(key);maxLen = HASH_MAX_LEN;break;default:break;}if (len >= maxLen) {System.out.printf("Found big key : %s, type: %s, length or size: %d %n", key, type, len);}}} while (!cursor.equals("0"));}@AfterEachvoid tearDown() {if (jedis != null) {jedis.close();}}}
利用第三方工具,如 Redis-Rdb-Tools 分析 RDB 快照文件,全面分析内存使用情况。
https://github.com/sripathikrishnan/redis-rdb-tools
BigKey 内存占用较多,即便时删除这样的 key 也需要耗费很长时间,导致 Redis 主线程阻塞,引发一系列问题。
Redis 3.0 及以下版本
Redis 4.0 以后
user:1 | {"name": "Jack", "age": 21} |
user:1:name | Jack |
user:1:age | 21 |
user:1 | name | jack |
age | 21 |
key | field | value |
someKey | id:0 | value0 |
..... | ..... | |
id:999999 | value999999 |
存在的问题:
hash 的 entry 数量超过 500 时,会使用哈希表而不是 ZipList,内存占用较多
可以通过 hash-max-ziplist-entries 配置 entry 上限。但是如果 entry 过多就会导致 BigKey 问题
拆分为 string 类型
key | value |
id:0 | value0 |
..... | ..... |
id:999999 | value999999 |
存在的问题:
拆分为小的 hash,将 id / 100 作为 key, 将 id % 100 作为 field,这样每 100 个元素为一个 Hash
key | field | value |
key:0 | id:00 | value0 |
..... | ..... | |
id:99 | value99 | |
key:1 | id:00 | value100 |
..... | ..... | |
id:99 | value199 | |
.... | ||
key:9999 | id:00 | value999900 |
..... | ..... | |
id:99 | value999999 |
package com.heima.test;import com.heima.jedis.util.JedisConnectionFactory;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.Pipeline;
import redis.clients.jedis.ScanResult;import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;public class JedisTest {private Jedis jedis;@BeforeEachvoid setUp() {// 1.建立连接// jedis = new Jedis("192.168.150.101", 6379);jedis = JedisConnectionFactory.getJedis();// 2.设置密码jedis.auth("123321");// 3.选择库jedis.select(0);}@Testvoid testSetBigKey() {Map map = new HashMap<>();for (int i = 1; i <= 650; i++) {map.put("hello_" + i, "world!");}jedis.hmset("m2", map);}@Testvoid testBigHash() {Map map = new HashMap<>();for (int i = 1; i <= 100000; i++) {map.put("key_" + i, "value_" + i);}jedis.hmset("test:big:hash", map);}@Testvoid testBigString() {for (int i = 1; i <= 100000; i++) {jedis.set("test:str:key_" + i, "value_" + i);}}@Testvoid testSmallHash() {int hashSize = 100;Map map = new HashMap<>(hashSize);for (int i = 1; i <= 100000; i++) {int k = (i - 1) / hashSize;int v = i % hashSize;map.put("key_" + v, "value_" + v);if (v == 0) {jedis.hmset("test:small:hash_" + k, map);}}}@AfterEachvoid tearDown() {if (jedis != null) {jedis.close();}}
}
[业务名]:[数据名]:[id]
Redis 提供了很多 Mxxx 这样的命令,可以实现批量插入数据,例如:
利用 mset 批量插入 10 万条数据
@Test
void testMxx() {String[] arr = new String[2000];int j;long b = System.currentTimeMillis();for (int i = 1; i <= 100000; i++) {j = (i % 1000) << 1;arr[j] = "test:key_" + i;arr[j + 1] = "value_" + i;if (j == 0) {jedis.mset(arr);}}long e = System.currentTimeMillis();System.out.println("time: " + (e - b) + "ms");
}/** 控制台打印* time: 182ms*/
向 redis 中插入 10w 条数据,如果我们 for 循环执行 10w 次 redis 的插入指令的话,大概需要花费 44s 的时间:
@Test
void testFor() {for (int i = 1; i <= 100000; i++) {jedis.set("test:key_" + i, "value_" + i);}
}
而我们使用 mset 则仅需要 182ms,由此可见批处理的重要性。
MSET 虽然可以批处理,但是却只能操作部分数据类型,因此如果有对复杂数据类型的批处理需要,建议使用 Pipeline。
@Test
void testPipeline() {// 创建管道Pipeline pipeline = jedis.pipelined();long b = System.currentTimeMillis();for (int i = 1; i <= 100000; i++) {// 放入命令到管道pipeline.set("test:key_" + i, "value_" + i);if (i % 1000 == 0) {// 每放入1000条命令,批量执行pipeline.sync();}}long e = System.currentTimeMillis();System.out.println("time: " + (e - b) + "ms");
}/** 控制台打印* time: 248ms*/
使用 Pipeline 管道命令,比 mset 命令稍微慢了一点,但也在毫秒级别,可以忽略。
而对于何时使用 Pipeline 和 mset,则要看添加的数据类型,mset 的命令有一定的限制,而 Pipeline 是无限制的,它可以任意命令做组合,key 也可以自定义。
两者还有一个底层的区别:mset 操作为什么会比 Pipeline 要快?
是因为 mset 操作是 redis 内置的操作,它会把这些插入指令作为一个原子性操作,一次性全执行完,中间不会有其他命令插队。
而 Pipeline 则不是,Pipeline 在执行时,这一组命令会发送到 redis 中,但这一组命令不一定是一起执行的,你的命令在发送时,其它客户端也有可能向 redis 发送命令,所以 Pipeline 的执行时长可能会因为别的命令插队 从而比预期时间要长一些。
如 MSET 或 Pipeline 这样的批处理需要在一次请求中携带多条命令,而此时如果 Redis 是一个集群,那批处理命令的多个 key 必须落在一个插槽中,否则就会导致执行失败。
大家可以想一想这样的要求其实很难实现,因为我们在批处理时,可能一次要插入很多条数据,这些数据很有可能不会都落在相同的节点上,这就会导致报错了。
这个时候,我们可以找到 4 种解决方案:
第一种方案:串行执行
,所以这种方式没有什么意义,当然,执行起来就很简单了,缺点就是耗时过久。
第二种方案:串行slot
,简单来说,就是执行前,客户端先计算一下对应的 key 的 slot,一样 slot 的 key 就放到一个组里边,不同的,就放到不同的组里边,然后对每个组执行 pipeline 的批处理,他就能串行执行各个组的命令,这种做法比第一种方法耗时要少,但是缺点呢,相对来说复杂一点,所以这种方案还需要优化一下
第三种方案:并行slot
,相较于第二种方案,在分组完成后串行执行,第三种方案,就变成了并行执行各个命令,所以他的耗时就非常短,但是实现呢,也更加复杂。
第四种方案:hash_tag
,redis 计算 key 的 slot 的时候,其实是根据 key 的有效部分来计算的,通过这种方式就能一次处理所有的 key,这种方式耗时最短,实现也简单,但是如果通过操作 key 的有效部分,那么就会导致所有的 key 都落在一个节点上,产生数据倾斜的问题,所以我们推荐使用第三种方式。
public class JedisClusterTest {private JedisCluster jedisCluster;@BeforeEachvoid setUp() {// 配置连接池JedisPoolConfig poolConfig = new JedisPoolConfig();poolConfig.setMaxTotal(8);poolConfig.setMaxIdle(8);poolConfig.setMinIdle(0);poolConfig.setMaxWaitMillis(1000);HashSet nodes = new HashSet<>();nodes.add(new HostAndPort("192.168.150.101", 7001));nodes.add(new HostAndPort("192.168.150.101", 7002));nodes.add(new HostAndPort("192.168.150.101", 7003));nodes.add(new HostAndPort("192.168.150.101", 8001));nodes.add(new HostAndPort("192.168.150.101", 8002));nodes.add(new HostAndPort("192.168.150.101", 8003));jedisCluster = new JedisCluster(nodes, poolConfig);}@Testvoid testMSet() {jedisCluster.mset("name", "Jack", "age", "21", "sex", "male");}@Testvoid testMSet2() {Map map = new HashMap<>(3);map.put("name", "Jack");map.put("age", "21");map.put("sex", "Male");// 对Map数据进行分组。根据相同的slot放在一个分组// key就是slot,value就是一个组Map>> result = map.entrySet().stream().collect(Collectors.groupingBy(entry -> ClusterSlotHashUtil.calculateSlot(entry.getKey())));// 串行的去执行mset的逻辑for (List> list : result.values()) {String[] arr = new String[list.size() * 2];int j = 0;for (int i = 0; i < list.size(); i++) {j = i<<2;Map.Entry e = list.get(0);arr[j] = e.getKey();arr[j + 1] = e.getValue();}jedisCluster.mset(arr);}}@AfterEachvoid tearDown() {if (jedisCluster != null) {jedisCluster.close();}}
}
@Testvoid testMSetInCluster() {Map map = new HashMap<>(3);map.put("name", "Rose");map.put("age", "21");map.put("sex", "Female");stringRedisTemplate.opsForValue().multiSet(map);List strings = stringRedisTemplate.opsForValue().multiGet(Arrays.asList("name", "age", "sex"));strings.forEach(System.out::println);}
原理分析
在 RedisAdvancedClusterAsyncCommandsImpl 类中
首先根据 slotHash 算出来一个 partitioned 的 map,map 中的 key 就是 slot,而他的 value 就是对应的对应相同 slot 的 key 对应的数据
通过 RedisFuture
进行异步的消息发送(第三种方案:并行 slot)。
@Override
public RedisFuture mset(Map map) {// 根据传入map中的key计算插槽,插槽一样的 则将这些key存入一个List中Map> partitioned = SlotHash.partition(codec, map.keySet());if (partitioned.size() < 2) {return super.mset(map);}Map> executions = new HashMap<>();// 遍历,根据key拿到valuefor (Map.Entry> entry : partitioned.entrySet()) {Map op = new HashMap<>();entry.getValue().forEach(k -> op.put(k, map.get(k)));// mset操作,返回值是Future,说明是异步操作(也就是第三种方案:并行slot,最好的方案)RedisFuture mset = super.mset(op);executions.put(entry.getKey(), mset);}return MultiNodeExecution.firstOfAsync(executions);
}
Redis 的持久化虽然可以保证数据安全,但也会带来很多额外的开销,因此持久化请遵循下列建议:
并不是很慢的查询才是慢查询,而是:在 Redis 执行时耗时超过某个阈值
的命令,称为慢查询。
慢查询的危害:由于 Redis 是单线程的,所以当客户端发出指令后,他们都会进入到 redis 底层的 queue 来执行,如果此时有一些慢查询的数据,就会导致大量请求阻塞,从而引起报错,所以我们需要解决慢查询问题。
slowlog-log-slower-than
:慢查询阈值,单位是微秒。默认是 10000,建议 1000。slowlog-max-len
:慢查询日志(本质是一个队列)的长度。默认是 128,建议 1000。config set
命令:知道了以上内容之后,那么咱们如何去查看慢查询日志列表呢:
slowlog len
:查询慢查询日志长度slowlog get [n]
:读取 n 条慢查询日志slowlog reset
:清空慢查询列表安全可以说是服务器端一个非常重要的话题,如果安全出现了问题,那么一旦这个漏洞被一些坏人知道了之后,并且进行攻击,那么这就会给咱们的系统带来很多的损失,所以我们这节课就来解决这个问题。
Redis 会绑定在 0.0.0.0:6379,这样将会将 Redis 服务暴露到公网上,而 Redis 如果没有做身份认证,会出现严重的安全漏洞。
漏洞重现方式:https://cloud.tencent.com/developer/article/1039000
为什么会出现不需要密码也能够登录呢,主要是 Redis 考虑到每次登录都比较麻烦,所以 Redis 就有一种 ssh 免秘钥登录的方式,生成一对公钥和私钥,私钥放在本地,公钥放在 redis 端,当我们登录时服务器,再登录时候,他会去解析公钥和私钥,如果没有问题,则不需要利用 redis 的登录也能访问,这种做法本身也很常见,但是这里有一个前提,前提就是公钥必须保存在服务器上,才行,但是 Redis 的漏洞在于在不登录的情况下,也能把秘钥送到 Linux 服务器,从而产生漏洞。
漏洞出现的核心的原因有以下几点:
所以:如何解决呢?我们可以采用如下几种方案
为了避免这样的漏洞,这里给出一些建议:
当 Redis 内存不足时,可能导致 Key 频繁被删除、响应时间变长、QPS 不稳定等问题。当内存使用率达到 90% 以上时就需要我们警惕,并快速定位到内存占用的原因。
内存占用 | 说明 |
---|---|
数据内存 | 是 Redis 最主要的部分,存储 Redis 的键值信息。主要问题是 BigKey 问题、内存碎片问题。 |
进程内存 | Redis 主进程本身运⾏肯定需要占⽤内存,如代码、常量池等等; 这部分内存⼤约⼏兆,在⼤多数⽣产环境中与 Redis 数据占⽤的内存相⽐可以忽略。 |
缓冲区内存 | 一般包括客户端缓冲区、AOF 缓冲区、复制缓冲区等。客户端缓冲区又包括输入缓冲区和输出缓冲区两种。 这部分内存占用波动较大,不当使用 BigKey,可能导致内存溢出。 |
有关碎片问题分析
进程内存问题分析
缓冲区内存问题分析
于是我们就需要通过一些命令,可以查看到 Redis 目前的内存分配状态:
info memory
:查看内存分配的情况memory xxx
:查看 key 的主要占用情况接下来我们看到了这些配置,最关键的缓存区内存如何定位和解决呢?
内存缓冲区常见的有三种:
以上复制缓冲区和 AOF 缓冲区 不会有问题,最关键就是客户端缓冲区的问题。
客户端缓冲区:指的就是我们发送命令时,客户端用来缓存命令的一个缓冲区,也就是我们向 redis 输入数据的输入端缓冲区和 redis 向客户端返回数据的响应缓存区,输入缓冲区最大 1G 且不能设置,所以这一块我们根本不用担心,如果超过了这个空间,redis 会直接断开,因为本来此时此刻就代表着 redis 处理不过来了,我们需要担心的就是输出端缓冲区。
我们在使用 redis 过程中,处理大量的 big value,那么会导致我们的输出结果过多,如果输出缓存区过大,会导致 redis 直接断开,而默认配置的情况下, 其实他是没有大小的,这就比较坑了,内存可能一下子被占满,会直接导致咱们的 redis 断开,所以解决方案有两个:
集群虽然具备高可用特性,能实现自动故障恢复,但是如果使用不当,也会存在一些问题:
问题1:在 Redis 的默认配置中,如果发现任意一个插槽不可用,则整个集群都会停止对外服务:
大家可以设想一下,如果有几个 slot 不能使用,那么此时整个集群都不能用了,我们在开发中,其实最重要的是可用性,所以需要把如下配置修改成 no,即有 slot 不能使用时,我们的 redis 集群还是可以对外提供服务。
问题2:集群带宽问题
集群节点之间会不断的互相 ping 来确定集群中其它节点的状态。每次 ping 携带的信息至少包括:
集群中节点越多,集群状态信息数据量也越大,10 个节点的相关信息可能达到 1kb,此时每次集群互通需要的带宽会非常高,这样会导致集群中大量的带宽都会被 ping 信息所占用,这是一个非常可怕的问题,所以我们需要去解决这样的问题。
解决途径:
问题3:命令的集群兼容性问题
有关这个问题咱们已经探讨过了,当我们使用批处理的命令时,redis 要求我们的 key 必须落在相同的 slot 上,然后大量的 key 同时操作时,是无法完成的,所以客户端必须要对这样的数据进行处理,这些方案我们之前已经探讨过了,所以不再这个地方赘述了。
问题4:lua 和事务的问题
lua 和事务都是要保证原子性问题,如果你的 key 不在一个节点,那么是无法保证 lua 的执行和事务的特性的,所以在集群模式是没有办法执行 lua 和事务的。
那我们到底是集群还是主从
单体 Redis(主从 Redis)已经能达到万级别的 QPS,并且也具备很强的高可用特性。如果主从能满足业务需求的情况下,所以如果不是在万不得已的情况下,尽量不搭建 Redis 集群。
群都不能用了,我们在开发中,其实最重要的是可用性,所以需要把如下配置修改成 no,即有 slot 不能使用时,我们的 redis 集群还是可以对外提供服务。