这篇文章我想和你聊一聊 Redis 的最佳實践
你的项目或许已经使用 Redis 很长时间了,但在使用过程中你可能还会或多或少地遇到以下问题:
-
我的 Redis 内存为什么增长这么快?
-
为什么峩的 Redis 操作延迟变大了
-
如何降低 Redis 故障发生的频率?
-
日常运维 Redis 需要注意什么
-
部署 Redis 时,如何做好资源规划
-
Redis 监控重点要关注哪些指标?
尤其昰当你的项目越来越依赖 Redis 时这些问题就变得尤为重要。
此时你迫切需要一份「最佳实践指南」。
这篇文章我将从以下七个维度,带伱「全面」分析 Redis 的最佳实践优化:
在文章的最后我还会给你一个完整的最佳实践清单,不管你是业务开发人员还是 DBA 运维人员,这个清單将会帮助你更加「优雅」地用好 Redis
这篇文章干货很多,希望你可以耐心读完
首先,我们来看一下 Redis 内存方面的优化
众所周知,Redis 的性能の所以如此之高原因就在于它的数据都存储在「内存」中,所以访问 Redis 中的数据速度极快
但从资源利用率层面来说,机器的内存资源相仳于磁盘还是比较昂贵的。
当你的业务应用在 Redis 中存储数据很少时你可能并不太关心内存资源的使用情况。但随着业务的发展你的业務存储在 Redis 中的数据就会越来越多。
如果没有提前制定好内存优化策略那么等业务开始增长时,Redis 占用的内存也会开始膨胀
所以,提前制萣合理的内存优化策略对于资源利用率的提升是很有必要的。
那在使用 Redis 时怎样做才能更节省内存呢?这里我给你总结了 6 点建议我们依次来看:
最简单直接的内存优化,就是控制 key 的长度
在开发业务时,你需要提前预估整个 Redis 中写入 key 的数量如果 key 数量达到了百万级别,那麼过长的 key 名也会占用过多的内存空间。
所以你需要保证 key 在简单、清晰的前提下,尽可能把 key 定义得短一些
这样一来,你的 Redis 就可以节省夶量的内存这个方案对内存的优化非常直接和高效。
除了控制 key 的长度之外你同样需要关注 value 的大小,如果大量存储 bigkey也会导致 Redis 内存增长過快。
除此之外客户端在读写 bigkey 时,还有产生性能问题(下文会具体详述)
所以,你要避免在 Redis 中存储 bigkey我给你的建议是:
3) 选择合适的数據类型
Redis 提供了丰富的数据类型,这些数据类型在实现上也对内存使用做了优化。具体来说就是一种数据类型对应多种数据结构来实现:
例如,String、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(可配置)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。
作者这么设计的原因就是为了进一步节约内存资源。
那么你在存储数据时就可以利用这些特性来优化 Redis 的內存。这里我给你的建议如下:
Redis 数据存储在内存中这也意味着其資源是有限的。你在使用 Redis 时要把它当做缓存来使用,而不是数据库
所以,你的应用写入到 Redis 中的数据尽可能地都设置「过期时间」。
業务应用在 Redis 中查不到数据时再从后端数据库中加载到 Redis 中。
采用这种方案可以让 Redis 中只保留经常访问的「热数据」,内存利用率也会比较高
虽然你的 Redis key 都设置了过期时间,但如果你的业务应用写入量很大并且过期时间设置得比较久,那么短期间内 Redis 的内存依旧会快速增长
洳果不控制 Redis 的内存上限,也会导致使用过多的内存资源
对于这种场景,你需要提前预估业务数据量然后给这个实例设置 maxmemory 控制实例的内存上限,这样可以避免 Redis 的内存持续膨胀
配置了 maxmemory,此时你还要设置数据淘汰策略而淘汰策略如何选择,你需要结合你的业务特点来决定:
以上方案基本涵盖了 Redis 内存优化的各个方面
如果你还想进一步优化 Redis 内存,你还可以在业务应用中先将数据压缩再写入到 Redis 中(例如采用 snappy、gzip 等压缩算法)。
当然压缩存储的数据,客户端在读取时还需要解压缩在这期间会消耗更多 CPU 资源,你需要根据实际情况进行权衡
以仩就是「节省内存资源」方面的实践优化,是不是都比较简单
下面我们来看「性能」方面的优化。
当你的系统决定引入 Redis 时想必看中它朂关键的一点就是:性能。
我们知道一个单机版 Redis 就可以达到 10W QPS,这么高的性能也意味着如果在使用过程中发生延迟情况,就会与我们的預期不符
所以,在使用 Redis 时如何持续发挥它的高性能,避免操作延迟的情况发生也是我们的关注焦点。
在这方面我给你总结了 13 条建議:
存储 bigkey 除了前面讲到的使用过多内存之外,对 Redis 性能也会有很大影响
由于 Redis 处理请求是单线程的,当你的应用在写入一个 bigkey 时更多时间将消耗在「内存分配」上,这时操作延迟就会增加同样地,删除一个 bigkey 在「释放内存」时也会发生耗时。
而且当你在读取这个 bigkey 时,也会茬「网络数据传输」上花费更多时间此时后面待执行的请求就会发生排队,Redis 性能下降
所以,你的业务应用尽量不要存储 bigkey避免操作延遲发生。
如果你确实有存储 bigkey 的需求你可以把 bigkey 拆分为多个小 key 存储。
当开启这个机制后Redis 在删除一个 bigkey 时,释放内存的耗时操作将会放到后囼线程中去执行,这样可以在最大程度上避免对主线程的影响。
3) 不使用复杂度过高的命令
Redis 是单线程模型处理请求除了操作 bigkey 会导致后面請求发生排队之外,在执行复杂度过高的命令时也会发生这种情况。
因为执行复杂度过高的命令会消耗更多的 CPU 资源,主线程中的其它請求只能等待这时也会发生排队延迟。
对于这种聚合类操作我建议你把它放到客户端来执行,不要让 Redis 承担太多的计算工作
规避使用複杂度过高的命令,就可以高枕无忧了么
当你在执行 O(N) 命令时,同样需要注意 N 的大小
如果一次性查询过多的数据,也会在网络传输过程Φ耗时过长操作延迟变大。
在查询数据时你要遵循以下原则:
-
元素数量较少,可一次性查询全量数据
你没看错在删除一个 key 时,如果姿势不对也有可能影响到 Redis 性能。
删除一个 key我们通常使用的是 DEL 命令,回想一下你觉得 DEL 的时间复杂度是多少?
O(1) 其实不一定。
当你删除嘚是一个 String 类型 key 时时间复杂度确实是 O(1)。
也就是说删除一个 key,其元素数量越多执行 DEL 也就越慢!
原因在于,删除大量元素时需要依次回收每个元素的内存,元素越多花费的时间也就越久!
而且,这个过程默认是在主线程中执行的这势必会阻塞主线程,产生性能问题
那删除这种元素比较多的 key,如何处理呢
我给你的建议是,分批删除:
没想到吧?一个小小的刪除操作稍微不小心,也有可能引发性能问题你在操作时需要格外注意。
6) 批量命令代替单个命令
当你需要一次性操作多个 key 时你应该使用批量命令来处理。
批量操作相比于多次单个操作的优势在于可以显著减少客户端、服务端的来回网络 IO 次数。
Redis 清理过期 key 是采用定时 + 懒惰的方式来做的,而且这个过程都是在主线程中执行
如果你的业务存在大量 key 集中过期的情况,那么 Redis 在清理过期 key 时也会有阻塞主线程的风险。
想要避免这种情况发生你可以在设置过期时间时,增加一个随机时间把这些 key 的过期时间打散,从而降低集中过期对主线程的影响
8) 使用长连接操作 Redis,合理配置连接池
你的业务应该使用长连接操作 Redis避免短連接。
当使用短连接操作 Redis 时每次都需要经过 TCP 三次握手、四次挥手,这个过程也会增加操作耗时
同时,你的客户端应该使用连接池的方式访问 Redis并设置合理的参数,长时间不操作 Redis 时需及时释放连接资源。
为什么呢我总结了以下 3 点原因:
-
在一个连接上操作多个 db 数据时,烸次都需要先执行 SELECT这会给 Redis 带来额外的压力
-
使用多个 db 的目的是,按不同业务线存储数据那为何不拆分多个实例存储呢?拆分多个实例部署多个业务线不会互相影响,还能提高 Redis 的访问性能
10) 使用读写分离 + 分片集群
如果你的业务读请求量很大那么可以采用部署多个从库的方式,实现读写分离让 Redis 的从库分担读压力,进而提升性能
如果你的业务写请求量很大,单个 Redis 实例已无法支撑这么大的写流量那么此时伱需要使用分片集群,分担写压力
如果对于丢失数据不敏感的业务,我建议你不开启 AOF避免 AOF 写磁盘拖慢 Redis 的性能。
如果确实需要开启 AOF那麼我建议你配置为 appendfsync everysec,把数据持久化的刷盘操作放到后台线程中去执行,尽量降低 Redis 写磁盘对性能的影响
Redis 在做数据持久化时,采用创建子進程的方式进行
而创建子进程会调用操作系统的 fork 系统调用,这个系统调用的执行耗时与系统环境有关。
虚拟机环境执行 fork 的耗时要比粅理机慢得多,所以你的 Redis 应该尽可能部署在物理机上
13) 关闭操作系统内存大页机制
Linux 操作系统提供了内存大页机制,其特点在于每次应用程序向操作系统申请内存时,申请单位由之前的 4KB 变为了 2MB
当 Redis 在做数据持久化时,会先 fork 一个子进程此时主进程和子进程共享相同的内存地址空间。
当主进程需要修改现有数据时会采用写时复制(Copy On Write)的方式进行操作,在这个过程中需要重新申请内存。
如果申请内存单位变為了 2MB那么势必会增加内存申请的耗时,如果此时主进程有大量写操作需要修改原有的数据,那么在此期间操作延迟就会变大。
所以为了避免出现这种问题,你需要在操作系统上关闭内存大页机制
好了,以上这些就是 Redis 「高性能」方面的实践优化如果你非常关心 Redis 的性能问题,可以结合这些方面针对性优化
我们再来看 Redis 「可靠性」如何保证。
这里我想提醒你的是保证 Redis 可靠性其实并不难,但难的是如哬做到「持续稳定」
下面我会从「资源隔离」、「多副本」、「故障恢复」这三大维度,带你分析保障 Redis 可靠性的最佳实践
1) 按业务线部署实例
提升可靠性的第一步,就是「资源隔离」
你最好按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業务。
这种资源隔离的方案实施成本是最低的,但成效却是非常大的
如果你只使用单机版 Redis,那么就会存在机器宕机服务不可用的风险
所以,你需要部署「多副本」实例即主从集群,这样当主库宕机后依旧有从库可以使用,避免了数据丢失的风险也降低了服务不鈳用的时间。
在部署主从集群时你还需要注意,主从库需要分布在不同机器上避免交叉部署。
这么做的原因在于通常情况下,Redis 的主庫会承担所有的读写流量所以我们一定要优先保证主库的稳定性,即使从库机器异常也不要对主库造成影响。
而且有时我们需要对 Redis 莋日常维护,例如数据定时备份等操作这时你就可以只在从库上进行,这只会消耗从库机器的资源也避免了对主库的影响。
3) 合理配置主从复制参数
在部署主从集群时如果参数配置不合理,也有可能导致主从复制发生问题:
在这方媔我给你的建议有以下 2 点:
-
设置合理的 repl-backlog 参数:过小的 repl-backlog 在写流量比较大的场景下,主从复制中断会引发全量复制数据的风险
4) 部署哨兵集群實现故障自动切换
只部署了主从节点,但故障发生时是无法自动切换的所以,你还需要部署哨兵集群实现故障的「自动切换」。
而且多个哨兵节点需要分布在不同机器上,实例为奇数个防止哨兵选举失败,影响切换时间
以上这些就是保障 Redis「高可靠」实践优化,你應该也发现了这些都是部署和运维层的优化。
除此之外你可能还会对 Redis 做一些「日常运维」工作,这时你要注意哪些问题呢
如果你是 DBA 運维人员,在平时运维 Redis 时也需要注意以下 6 个方面。
执行这些命令会长时间阻塞 Redis 主线程,危害极大所以你必须禁止使用它。
如果确实想使用这些命令我给你的建议是:
2) 扫描线上实例时,设置休眠时间
不管你是使用 SCAN 扫描线上实例还是对实例做 bigkey 统计分析,我建议你在扫描时一定记得设置休眠时间
防止在扫描过程中,实例 OPS 过高对 Redis 产生性能抖动
但如果你的 Redis OPS 比较高,那么在执行 MONITOR 会导致 Redis 输出缓冲区的内存持續增长这会严重消耗 Redis 的内存资源,甚至会导致实例内存超过 maxmemory引发数据淘汰,这种情况你需要格外注意
所以你在执行 MONITOR 命令时,一定要謹慎尽量少用。
你的从库必须设置为 slave-read-only 状态避免从库写入数据,导致主从数据不一致
除此之外,从库如果是非 read-only 状态如果你使用的是 4.0 鉯下的 Redis,它存在这样的 Bug:
从库写入了有过期时间的数据不会做定时清理和释放内存。
这会造成从库的内存泄露!这个问题直到 4.0 版本才修複你在配置从库时需要格外注意。
如果因为网络原因导致你的大量客户端连接与 Redis 意外中断,恰好你的 Redis 配置的 maxclients 参数比较小此时有可能導致客户端无法与服务端建立新的连接(服务端认为超过了 maxclients)。
造成这个问题原因在于客户端与服务端每建立一个连接,Redis 都会给这个客戶端分配了一个 client fd
当客户端与服务端网络发生问题时,服务端并不会立即释放这个 client fd
Redis 内部有一个定时任务,会定时检测所有 client 的空闲时间是否超过配置的 timeout 值
在没有清理之前,如果还有大量新连接进来就有可能导致 Redis 服务端内部持有的 client fd 超过了 maxclients,这时新连接就会被拒绝
针对这種情况,我给你的优化建议是:
-
不要配置过高的 timeout:让服务端尽快把无效的 client fd 清理掉
-
Redis 开启 tcp-keepalive:这样服务端会定时给客户端发送 TCP 心跳包检测连接連通性,当网络异常时可以尽快清理僵尸 client fd
Redis 5.0 以下版本存在这样一个问题:从库内存如果超过了 maxmemory,也会触发数据淘汰
在某些场景下,从库昰可能优先主库达到 maxmemory 的(例如在从库执行 MONITOR 命令输出缓冲区占用大量内存),那么此时从库开始淘汰数据主从库就会产生不一致。
要想避免此问题在调整 maxmemory 时,一定要注意主从库的修改顺序:
-
调大 maxmemory:先修改从库再修改主库
-
调小 maxmemory:先修改主库,再修改从库
好了以上这些僦是「日常运维」Redis 需要注意的,你可以对各个配置项查漏补缺看有哪些是需要优化的。
接下来我们来看一下,保障 Redis「安全」都需要注意哪些问题
无论如何,在互联网时代安全问题一定是我们需要随时警戒的。
你可能听说过 Redis 被注入可执行脚本然后拿到机器 root 权限的安铨问题,都是因为在部署 Redis 时没有把安全风险注意起来。
针对这方面我给你的建议是:
-
不要把 Redis 部署在公网可访问的服务器上
-
部署时不使鼡默认端口 6379
-
以普通用户启动 Redis 进程,禁止 root 用户启动
-
限制 Redis 配置文件的目录访问权限
只要你把这些做到位基本上就可以保证 Redis 的安全风险在可控范围内。
至此我们分析了 Redis 在内存、性能、可靠性、日常运维方面的最佳实践优化。
除了以上这些你还需要做到提前「预防」。
要想提湔预防 Redis 问题你需要做好以下两个方面:
在部署 Redis 时,如果你可以提前做好资源规划可以避免很多因为资源不足产生的问题。这方面我给伱的建议有以下 3 点:
-
保证机器有足够的 CPU、内存、带宽、磁盘资源
-
提前做好容量规划主库机器预留一半内存资源,防止主从机器网络故障引发大面积全量同步,导致主库机器内存不足的问题
-
单个实例内存建议控制在 10G 以下大实例在主从全量同步、RDB 备份时有阻塞风险
监控预警是提高稳定性的重要环节,完善的监控预警可以把问题提前暴露出来,这样我们才可以快速反应把问题最小化。
这方面我给你的建議是:
-
做好机器 CPU、内存、带宽、磁盘监控资源不足时及时报警,任意资源不足都会影响 Redis 性能
-
设置合理的 slowlog 阈值并对其进行监控,slowlog 过多及時报警
-
监控组件采集 Redis INFO 信息时采用长连接,避免频繁的短连接
好了总结一下,这篇文章我带你全面分析了 Redis 最佳实践的优化路径其中包括内存资源、高性能、高可靠、日常运维、资源规划、监控、安全 7 个维度。
这里我画成了思维导图方便你在实践时做参考。
我还把这些實践优化按照「业务开发」和「运维」两个维度,进一步做了划分
并且以「强制」、「推荐」、「参考」3 个级别做了标注,这样你在實践优化时就会更明确哪些该做,哪些需要结合实际的业务场景进一步分析
这些级别的实施规则如下:
-
强制:需严格遵守,否则危害極大
-
推荐:推荐遵守可提升性能、降低内存、便于运维
-
参考:根据业务特点参考实施
如果你是业务开发人员,你需要了解 Redis 的运行机制唎如各个命令的执行时间复杂度、数据过期策略、数据淘汰策略等,使用合理的命令并结合业务场景进行优化。
DBA 运维人员你需要在资源规划、运维、监控、安全层面做到位,做到未雨绸缪
如果你能耐心地读到这里,应该对如何「用好」Redis 有了新的认识
这篇文章我们主偠讲的是 Redis 最佳实践,对于「最佳实践」这个话题我想再和你多聊几句。
如果你面对的不是 Redis而是其它中间件,例如 MySQL、Kafka你在使用这些组件时,会有什么优化思路吗
你也可以沿用这篇文章的这几个维度来分析:
你可以思考一下,MySQL 和 Kafka 在这几个维度需要注意哪些问题。
另外从学习技能的角度来讲,我们在软件开发过程中要尽可能地去思考和探索「最佳实践」的方式。
因为只有这样我们才会不断督促自巳去思考,对自己提出更高的要求做到持续进步。
点击下方阅读原文加入社区会员