Redis性能优化

本文为个人学习笔记整理，仅供交流参考，非专业教学资料，内容请自行甄别

文章目录

一、Bigkey问题
二、命令使用
三、连接池的设置
四、Redis的缓存过期策略
补充：布隆过滤器
总结

一、Bigkey问题

Bigkey指的是，在Redis中，某个key对应的value：

字符串类型的value：单个大小大于10kb
非字符串的value：集合中的元素过多，或者单个元素的key过大

Bigkey可能会导致以下的问题：

执行命令阻塞：因为Redis执行命令是单线程的，单个key对应的value过大，必然导致处理时间的增加，在处理该key时，其他的请求必须等待。
网络拥塞：key的value过大，占用带宽过大，处理的请求数量也就越少。
过期删除：如果大量的Bigkey同时到期，在删除时同样会面临执行命令阻塞的问题。

造成Bigkey的原因，主要是针对业务场景，Redis存储粒度设计不当，可能包含以下的情况：

将包含商品表中所有字段的对象，序列化作为String结构的value。
将所有用户的信息，作为Hash结构的value存储。

对于Bigkey的优化，可以从以下的方面入手：

将key在业务的层面进行拆分，例如存储用户的信息，可以分key存储。
进行存储时，仅仅存储业务上必要的字段数据。

如果无法避免使用Bigkey，在查询时不要使用getAll将所有的数据都取出，仅仅通过get查询需要的部分。并且给key设置不同的过期时间，防止集中过期。

二、命令使用

尽量不要使用查询所有的命令，例如hgetall，smembers，keys等。如果有需要进行遍历，推荐使用渐进式的命令，例如scan渐进式地遍历key，假设我先向Redis中存入10个key：

使用scan命令，这里的count不是代表要扫描多少个精确的值。下一次的cursor应该是本次查询出的结果，cursor为0时代表扫描结束，语法如下：

SCAN cursor [MATCH pattern] [COUNT count] [TYPE type]

后续的扫描：

但是使用该命令可能存在查询重复的问题，需要用户在客户端自己进行防重复处理。

同时在线上环境，一些危险操作应该禁用，例如flushall，flushdb等全量删除操作，可以使用rename机制修改这些命令。

并且Redis的数据库功能，实际上对于并发提升没有帮助，因为默认的16个数据库都是存在同一个redis中的，用户访问0数据库的时候，对于1数据库的访问的请求实际是阻塞的。

对于批量操作，可以使用pipeline提高效率，但是一次pipeline发送的命令数量同样不应过多，pipeline是Redis非原生的批量处理命令，相当于数据库的批量查询，省去了每次单条查询的IO操作。（十次单条查询，十次IO，将十次单条查询合并成一次批量查询，只需要一次IO），Redis处理数据的时间，远远小于每次数据发送，建立连接的时间。但是该操作不具有原子性，无法保证同一批的操作要么同时成功，要么同时失败。它允许一批次的命令，部分执行成功，部分执行失败。最后会把所有的结果都返回，包括成功和失败的。

三、连接池的设置

对于连接的管理，Redis同样采用了和线程池类似的池化技术，其中有三个关键的参数，可以根据需要在客户端进行配置：

maxTotal：也称为maxActive，为整个连接池允许的最大连接数，不能超过redis的最大连接数（maxClient）10000，大于最大连接数的所有请求全部拒绝掉。客户端的个数 * maxTotal 不能大于maxClient。
maxIdle：连接池中允许最大空闲的连接数。
minIdle：连接池中确保最小空闲的连接数。

假设我当前连接池中有50个最大的连接：

minIdle设置为10，表示整个连接池中最少有10个空闲的连接常驻。
maxidle设置为20，表示整个连接池中最多有20个空闲的连接常驻。

高并发的场景下来了30个连接，在高并发时期过去之后，连接会释放到20（maxidle），这20个连接尽管没有使用，也会常驻在redis中。

默认的空闲连接数，选择的是maxIdle ，如果修改配置，那连接数会释放到10（minIdle），剩下的10个连接尽管没有使用，也会常驻在redis中。

maxidle和maxtotal设置的相同，则高并发场景下，每次拿连接都不用重新生成，连接不会频繁生成和销毁。

Redis的连接池是懒加载的，所以在面对系统刚启动，就有大量请求访问Redis的场景下，需要进行连接池预热：可以创建一些redis的连接，然后执行一些简单的命令。需要等到所有的命令执行完成后，再将连接全部归还到连接池。

java 复制代码

List<Jedis> minIdleJedisList = new ArrayList<>(jedisPoolConfig.getMinIdle());

// 第一步：提前获取 minIdle 个 Jedis 连接，触发连接池初始化
for (int i = 0; i < jedisPoolConfig.getMinIdle(); i++) {
    Jedis jedis = null;
    try {
        jedis = pool.getResource();
        minIdleJedisList.add(jedis);
        jedis.ping(); // 触发连接
    } catch (Exception e) {
        logger.error(e.getMessage(), e);
    } finally {
        // 注意：此处不能立刻 close，否则连接立即归还，等于只初始化了一个连接
    }
}

// 第二步：统一归还连接到连接池
for (int i = 0; i < jedisPoolConfig.getMinIdle(); i++) {
    Jedis jedis = null;
    try {
        jedis = minIdleJedisList.get(i);
        if (jedis != null) {
            jedis.close(); // 归还连接
        }
    } catch (Exception e) {
        logger.error(e.getMessage(), e);
    }
}

四、Redis的缓存过期策略

Redis的缓存过期，主要可以分为：

被动删除：给key设置过期时间的情况，设置了过期时间，到达过期时间后并不会立刻删除，而是需要用户再去访问一次才会删除（惰性删除）
定期删除：定期寻找过期的key，直接删除，防止某个key一直没有被访问到，也就无法被删除。
当前运用的内存超过限定时，触发主动清理策略
- 设置了过期时间的key：LRU算法，淘汰最久没有使用的key。LFU算法，淘汰最近一段时间内访问最少的key，热点数据优先选用。
- 针对所有的key：上述两种，加上一种随机删除策略。
- 不处理，不会剔除任何数据，对于新的请求拒绝，并且只响应读取操作。

针对热点缓存的淘汰，不应该按照时间（LRU），应该按照次数（LFU）。因为假设某个热点key，在1分钟之前被访问了100次，某个冷门的key，在1个小时之前被访问了1次，然后在10s前又被访问了一次，如果按照LRU，那么被访问了100次的热点key反而会被淘汰。

在配置文件中可以设置内存上限和触发淘汰策略的阈值淘汰策略，默认的淘汰策略是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

补充：布隆过滤器

解决缓存三大问题中的缓存穿透，最为普遍的操作是缓存空值。但是上一篇中提到，如果针对不同的不存在value的key进行恶意攻击，那么redis中会存在很多空值，对于内存的占用也是可观的。而布隆过滤器是解决缓存穿透的另一种方案，大量的不存在的数据，缓存空值在redis中，占用的空间远远大于布隆过滤器。

开启布隆过滤器时，用户在set某个key时，除了向缓存中存，还要存到布隆过滤器中：进行多次hash运算（key的hash运算结果，对于bitmap数组的长度取模），每次运算出结果对应的位置，数组中对应下标的bit位从0改成1：

进行三次不同的Hash运算

在get key时，执行和set key相同的hash运算。假设多次hash运算，有一次每次运算出结果对应的位置bit位为0，证明该key不存在。

可以通过Redisson去实现布隆过滤器：