在生产环境中，有时会出现 Redis command timed out 异常，甚至程序端设置超时时间为 10s 都不能避免。本文探讨下产生该异常的原因及解决办法。
一、Redis 使用不当
这里指的是 Redis 的确处理不过来导致的 Redis command timed out。
如果的确请求量太大，Redis 处理不过来的，可以考虑的方案有：
- 升级到 Redis 6.0 以上版本，设置多个 IO 线程，性能会有明显提升；
- 配置多套 Redis。
当然，Redis 虽然是单线程（指的是执行命令的主线程，哪怕是 6.0 版本以上也只是 IO 线程可以多个，主线程还是一个），但是性能并不低，处理不过来的原因，大部分都是因为客户端使用不当。
我们主要讨论客户端使用不当有哪些原因。
1、slowlog
当出现 Redis command timed out 异常时，首先要考虑是否有慢查询。可以通过 slowlog get 20 命令查询，默认的配置是记录超过 10ms 以上的命令（slowlog-log-slower-than 参数），且只记录最近的 128 条（slowlog-max-len 参数）。
如果客户端程序设置的 redis 超时时间为 1s 或者更长，想通过 slowlog 直接找到对应的超时命令是很难的。因为 slowlog 记录的耗时，是 Redis 主线程的实际执行命令的耗时，不包括请求的排队时间、请求的解析、回复结果给客户端等时间。
我们关注 slowlog，不仅是关注慢查询命令本身，还要和频率结合起来看。当短时间内有大量的 slowlog 时，很容易积少成多，导致大量请求排队，从而触发命令超时。
这里分享一个案例。
有个项目新增了一个定时任务，每天固定时间点刷新所有产品的信息到缓存中，大概需要执行 1 分钟刷完。代码中用到了 keys、set、hset 等各种命令，其中仅 keys 命令就达到了每秒钟 2000 次左右。从 slowlog 看，只有极少数的 keys 命令超过 10ms，但是程序出现大量的命令超时报错。这里简单计算下，哪怕 keys 命令的平均耗时只有 1ms，redis 主线程也就每秒能处理 1000 个请求，所以会导致请求持续积压。在这种情况下，把 keys 命令改成 scan 并不能解决问题，虽然减少了单个命令的耗时，但是大幅增加了命令的数量；把 Redis 单节点改成 Redis 集群也不行，keys 命令需要在每个节点执行。简单的处理方法是控制请求的速度，延长定时任务的执行时间；更好的方法是明确需要刷新的 key 有哪些，避免使用 keys/scan 等命令。
为了减少慢查询，在平时的开发过程中，尽量要少用O(n)的命令，这里建议如下：
- 针对 hkeys、hmget 等命令，严格控制元素的个数；
- 针对 keys 等命令，存在潜在威胁的，最好直接禁止。虽然现在总的 key 可能不多，但很可能随着业务功能的开发，导致 key 的总数不停累加，然后突然某一天就发现性能有问题了。
2、bigKey
Redis 提供了扫描 bigKey 的命令。如果是 String 类型，指的是实际占用的内存；如果是 Hash、List、Set 等类型，指的是 subKey 的数量。
针对 String 类型，如果值设置的很大，不管是分配内存还是释放内存，都会比较耗时。经常有人会问：String 类型实际占用内存超过多少才算 bigKey 呢？Hash 类型实际超过多少个元素数量才算 bigKey 呢？
没有统一的答案，基本的判断依据是：是否影响正常使用。比如有个 String 类型的 key1，占用内存 1MB；另有一个 key2，占用内存 100KB。key1 的调用频率大概是每秒钟 1 次，key2 的调用频率大概是每秒 1000 次。很显然，key2 更需要优化，因为会产生大量的网络 IO，一旦带宽跑满，会影响整个 Redis 的可用性。又比如 Hash 类型有一百万个元素，并且需要执行 hgetall 等 O(n) 的命令，则需要考虑设计的是否合理，因为很容易造成慢查询。
针对 bigKey 问题，这里也给出几个建议：
- 首先要考虑的是尽量避免，因为它很容易引起性能问题；
- 对于某些隐式操作，尽量不占用主执行线程。比如设置
lazyfree-lazy-expire yes，清理过期 key 时延迟删除(把key释放操作放在bio(Background I/O)单独的子线程处理中)；设置lazyfree-lazy-server-del yes，针对隐式的 DEL 操作，延迟删除，比如 RENAME 命令；del 等命令改为 unlink 等。
3、其他原因
其他需要关注的原因主要有：
(1) 内存使用，是否快达到上限，是否禁用了 Swap；
(2) fork 的时间需要多久，一般内存占用越大就越久；
(3) 网络流量/磁盘 IO 等是否异常；
(4) 是否有大量的 key 集中过期，尤其是有定时任务刷新缓存等情况时需要重点关注；
为及时发现异常，这里提供的建议是：
部署 Redis 监控组件，比如通过 redis_exporter + prometheus + grafana 等，实时监控内存使用量、客户端连接数、每秒执行命令数、网络 IO、key 的总数量、集中过期 key 的数量等各种指标。
二、连接失效或者集群拓扑变更
这里指的是 Redis 本身没有异常，或者 Redis 集群有节点挂了，但通过主从切换很快就恢复了，但是客户端一直在报错的情况。
1、连接失效
在某些时候，有可能会出现 Redis 服务端关闭了连接，但客户端连接还存在的情况。此时，如果客户端没有配置连接校验，新的请求还会走该异常连接，从而得不到服务端响应，报 Redis command timed out。针对该种情况，可以考虑的方案有：
- 每次执行请求前，客户端先校验连接的可用性。需要注意的是，该方案会严重影响 Redis 的性能，相当于每次发业务请求前，先发送了 PING 请求，所以实际的请求量会翻倍，导致性能差不多降低了一半；
- 当出现 Redis command timed out 异常时，校验连接的可用性。这里的建议是，要控制好频率，以 Lettuce 为例，默认采用的是 share connection，一旦报错，会出现大量的请求超时。
2、集群拓扑变更
当客户端配置了自适应刷新时，Redis 集群发生主从切换，一般来说客户端会及时知道，从而刷新拓扑结构，之后请求正常。
客户端配置自适应刷新的原理是，如果发生主从切换，客户端发起请求时，服务端会返回 ASK/MOVED 等命令，客户端收到这些命令时，即认为服务端拓扑结构有变化，通过 cluster nodes 命令重新获取最新拓扑即可。注：服务端不会主动告知集群拓扑有变更。
但有些时候，比如某个节点硬件故障时，服务端不会返回任何命令，此时客户端就不知道了。可以参考 Lettuce中RedisCommandTimeoutException异常分析。针对改种情况，可以考虑的方案有：
- 客户端配置定时刷新拓扑，比如每 30s 刷新一次；
- 当出现 Redis command timed out 异常时，主动获取最新的 Redis 集群拓扑。同样的，这里的建议是，要控制好频率，以 Lettuce 为例，默认采用的是 share connection，一旦报错，会出现大量的请求超时。