Redis优化

时间:2022-09-28 剑圣无痕人气:0

前言

Redis在项目中进行广泛使用，那么在日常的开发过程中，我们在使用Redis的过程中需要注意那些呢？本文将从三个维度来讲解如何进行Redis的优化。

内存维度

控制key的长度

key的一般都是采用字符串，而字符串的底层数据结构为SDS，SDS 结构中会包含字符串长度、分配空间大小等元数据信息，当key字符串的长度增加时，SDS中的元数据也会占用更多内存空间，为了减少key的占用空间，我们可用根据业务名来使用相应的英文缩写来表示。例如user用u表示，message 用m来表示。

避免存储bigkey

我们既要注意key的长度，同时也需要关注value的大小，Redis是使用单线程读写数据，bigkey 的读写操作会阻塞线程，降低Redis的处理效率。

如何查询bigkey

我们可以通过--bigkey的命令来查看Redis中所占用的bigkey的信息，具体的命令如下：

redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 -a 'xxx' --bigkeys

从上述图所示，我们可以查看到Redis中的key占用了32098个bytes，需要进行相关优化的。

建议：

如果key为string类型，建议value的存放值的大小为10KB左右。
如果key为List/Hash/Set/ZSet类型，建议存放元素的的数量控制在1万以下。

选择合适的数据类型

Redis提供了丰富的数据类型，对于存放的内存也做了相关优化。关乎数据结果的相关知识，可以参考之前的文章。

例如：String和set在存储int数据时，会采用整数编码存储。Hash、ZSet在元素数量比较少时，会采用压缩列表（ziplist）存储，在存储比较多的数据时，才会转换为哈希表和跳表。

采用高效的序列化和压缩方法

Redis中的字符串都是使用二进制安全的字节数组来保存的，所以我们可以把业务的序列化成二进制写入Redis，但是采用不同的序列化，所占用的空间大少不一样。比如使用protostuff的序列化比java内置的序列化效率更高，占用空间更少。针对json和xml数据格式的，可以采用gzip或者snappy算法对数据进行压缩存储，从而节省空间。

设置Redis最大内存和淘汰策略

我们根据业务的数据量提前预估内存大小，从而避免Redis的内存持续膨胀，导致占用过多资源。

关于如何设置淘汰策略，需要集合实际的业务特性来选择：

volatile-lru / allkeys-lru：优先保留最近访问过的数据
volatile-lfu / allkeys-lfu：优先保留访问次数最频繁的数据
volatile-ttl ：优先淘汰即将过期的数据
volatile-random / allkeys-random：随机淘汰数据

控制Redis实例的大小

Redis单实例的内存大小建议设置在2~6GB之间。因为无论是RDB快照，还是主从集群进行数据同步，都能很快完成，不会阻塞正常请求的处理。

定时清除内存碎片

频繁的新增修改会导致内存碎片的增多，因此需要及时清理内存碎片。

Redis提供了Info memory命令可以查看内存使用信息，具体如下：

说明：

used_memory_rss是操作系统实际分配给 Redis的物理内存空间。
used_memory 是 Redis 为了保存数据实际申请使用的空间。
mem_fragmentation_ratio=used_memory_rss/ used_memory
mem_fragmentation_ratio 大于1但小于1.5。这种情况是合理的。
mem_fragmentation_ratio大于1.5 这表明内存碎片率已经超过了50%。一般情况下，这个时候，我们就需要采取一些措施来降低内存碎片率了。具体的内存清理措施，将在后续的文章中进行讲解。

性能维度

禁止使用KEYS、FLUSHALL、FLUSHDB命令

KEYS 按照key内容进行匹配，返回符合匹配条件的键值对，该命令需要对Redis的全局哈希表进行全表扫描，严重阻塞 Redis主线程。
FLUSHALL 删除Redis实例上的所有数据，如果数据量很大，会严重阻塞Redis主线程。
FLUSHDB，删除当前数据库中的数据，如果数据量很大，会阻塞Redis主线程。

优化建议

我们需要在线上要禁用这些命令。具体的做法是，管理员采用rename-command命令在配置文件中对这些命令进行重命名，让客户端无法使用这些命令。

慎用全量操作的命令

对于集合类型的来说，在未清楚集合数据大小的情况下，慎用查询集合中的全量数据，例如Hash的HetALL、Set的SMEMBERS命令、LRANGE key 0 -1 或者ZRANGE key 0 -1等命令，因为这些命令会对Hash或者Set类型的底层数据进行全量扫描，当集合数据量比较大时，会阻塞Redis的主线程。

优化建议：

当元素数据量较多时，可以用SSCAN、HSCAN 命令分批返回集合中的数据，减少对主线程的阻塞。

慎用复杂度过高命令

Redis执行复杂度过高的命令，会消耗更多的 CPU 资源，导致主线程中的其它请求只能等待。常见的复杂命令如下：SORT、SINTER、SINTERSTORE、ZUNIONSTORE、ZINTERSTORE 等聚合类命令。

优化建议：

当需要执行排序、交集、并集操作时，可以在客户端完成，避免让Redis进行过多计算，从而影响Redis性能。

设置合适的过期时间

Redis通常用于保存热数据。热数据一般都有使用的时效性。所以，在数据保存时，根据业务使用数据的时长，合理的设置数据的过期时间。否则写入Redis的数据会一直占用内存，如果数据持续增增长，会达到机器的内存上限，造成内存溢出，导致服务崩溃。

采用批量命令代替个命令

当我们需要一次性操作多个key时，可以使用批量命令来处理，批量命令可以减少客户端与服务端的来回网络IO次数。

String或者Hash类型可以使用 MGET/MSET替代 GET/SET，HMGET/HMSET替代HGET/HSET
其它数据类型使用Pipeline命令，一次性打包发送多个命令到服务端执行。

Pipeline具体使用：

redisTemplate.executePipelined(new RedisCallback<String>() {
            @Override
            public String doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                for (int i = 0; i < 5; i++) 
                {
                    connection.set(("test:" + i).getBytes(), "test".getBytes());
                }
                return null;
            }
        });

高可用维度

按照业务部署不同的实例

不同的业务线来部署 Redis 实例，这样当其中一个实例发生故障时，不会影响到其它业务。

避免单点问题

业务上根据实际情况采用主从、哨兵、集群方案，避免单点故障，影响业务的正常使用。

合理的设置相关参数

针对主从环境，我们需要合理设置相关参数，具体内容如下：

合理的设置repl-backlog参数：如果repl-backlog设置过小，当写流量比较大的场景下，主从复制中断可能会引发全量复制数据的风险。
合理设置slave client-output-buffer-limit：当从库复制发生问题时，过小的 buffer会导致从库缓冲区溢出，从而导致复制中断。

总结

本文对于Redis的如何优化从内存、性能、高可用等三个维度进行了详细的讲解，如有大家还有什么优化建议欢迎提出，大家共同学习，共同进步。

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