12.5、尋找熱點key

尋找熱點key

熱門新聞事件或商品通常會給系統帶來巨大的流量,對存儲這類信息的Redis來說卻是一個巨大的挑戰。以Redis Cluster為例,它會造成整體流量的不均衡,個別節點出現OPS過大的情況,極端情況下熱點key甚至會超過Redis本身能夠承受的OPS,因此尋找熱點key對于開發和運維人員非常重要。下面就會從四個方面來分析熱點key。

  1. 客戶端

    客戶端其實是距離key“最近”的地方,因為Redis命令就是從客戶端發出的,例如在客戶端設置全局字典(key和調用次數),每次調用Redis命令是,使用這個字典進行記錄,如下所示。

    // 使用Guava的AtomicLongMap,記錄key的調用次數
    public static final AtomicLongMap<String> ATOMIC_LONG_MAP = AtomicLongMap.create();
    String get(String key) {
        counterKey(key);
        ...
    }
    String set(String key, String value) {
        counterKey(key);
        ...
    }
    void counterKey(String key) {
        ATOMIC_LONG_MAP.incrementAndGet(key);
    }
    

    為了減少對客戶端代碼的侵入,可以在Redis客戶端的關鍵部分進行計數,例如Jedis的Connection類中的sendCommand方法是所有命令執行的樞紐:

    public Connection sendCommand(final ProtocolCommand cmd, final byte[]... args) {
        //從參數中獲取key
        String key = analysis(args);
        //計數
        counterKey(key);
        ...
    }
    

    同時為了防止ATVOMIC_LONG_MAP過大,可以對其進行定期清理。

    public void scheduleCleanMap() {
            ERROR_NAME_VALUE_MAP.clear();
    }
    

    使用客戶端進行熱點key的統計非常容易發現,但是同時問題也非常多:

    • 無法預知key的個數,存在內存泄露的危險。

    • 對于客戶端代碼有侵入,各個語言的客戶端都需要維護此邏輯,維護成本較高。

    • 只能了解當前客戶端的熱點key,無法實現規?;\維統計。

    當然除了使用本地字典技術外,還可以使用其他存儲來完成異步計數,從而解決本地內存泄露問題。但是另兩個問題還是不好解決。

  2. 代理端

    像Twemproxy、Codis這些基于代理的Redis分布式架構,所有客戶端的請求都是通過代理端完成的。此構架是最適合做熱點key統計的,因為代理是所有Redis客戶端和服務端的橋梁。但并不是所有Redis都是采用此種架構。

  3. Redis服務端

    使用monitor命令統計熱點key是很多很多開發和運維人員首先想到,monitor命令可以監控到Redis執行的所有命令。

    利用monitor命令的結果就可以統計出一段時間內的熱點key排行榜、命令排行榜、客戶端分布等數據,例如下面的偽代碼統計了最近10萬條命令中的熱點key:

    //獲取10萬條命令
    List<String> keyList = redis.monitor(10000);
    //存入到字典中,分別是key和對應的次數
    AtomicLongMap<String> ATOMIC_LONG_MAP = AtomicLongMap.create();
    //統計
    for (String command : commandList) {
        ATOMIC_LONG_MAP.incrementAndGet(key);
    }
    //后續統計和分析熱點key
    statHotKey(ATOMIC_LONG_MAP);
    

    Facebook開源的redis-faina正是利用上述原理使用Python語言實現的,例如下面獲取最近10萬條命令的熱點key、熱點命令、耗時分布等數據。為了減少網絡開銷以及加快輸出緩沖區的消費速度,monitor盡可能在本機執行。

    此種方法會有兩個問題:

    • 本書多次強調monitor命令在高并發條件下,會存在內存暴增和影響Redis性能的隱患,所以此種方法適合在短時間內使用。

    • 只能統計一個Redis節點的熱點key,對于Redis集群需要進行匯總統計。

  4. 機器

    Redis客戶端會使用TCP協議與服務端進行交互,通信協議采用的是RESP。如果站在機器的角度,可以通過對機器上所有Redis端口的TCP數據包進行抓取完成熱點key的統計。

    此種方法對于Redis客戶端服務端來說毫無侵入,是比較完美的方案,但是依然存在兩個問題:

    • 需要一定的開發成本,但是一些開源方案實現了該功能,例如ELK(ElasticSearch Logstash Kibana)體系下的packetbeat插件,可以實現對Redis、MySQL等眾多主流服務的數據包抓取、分析、報表展示。

    • 由于是以機器為單位進行統計,要想了解一個集群的熱點key,需要進行后期匯總。

    方案 優點 缺點
    客戶端 實現簡單 1.內存泄露隱患 2.維護成本高 3.只能統計單個客戶端
    代理 代理是客戶端和服務端的橋梁,實現最方便最系統 增加代理端的開發部署成本
    服務端 實現簡單 1.Monitor本身的使用成本和危害,只能短時間使用 2.只能統計的單個Redis節點
    機器 對于客戶端和服務端無侵入和影響 需要專業的運維團隊開發,并且增加了機器的部署成本

    最后我們總結出解決熱點key問題的三種方案。選用哪種要根據具體業務場景來決定。下面是三種方案的思路。

    1)拆分復雜數據結構:如果當前key的類型是一個二級數據結構,例如哈希類型。如果該哈希元素個數較多,可以考慮將當前hash進行拆分,這樣該熱點key可以拆分為若干個新的key分布到不同Redis節點上,從而減輕壓力。

    2)遷移熱點key:以Redis Cluster為例,可以將熱點key所在的slot單獨遷移到一個新的Redis節點上,但此操作會增加運維成本。

    3)本地緩存加通知機制:可以將熱點key放在業務端的本地緩存中,因為是在業務端的本地內存中,處理能力要高出Redis數十倍,但當數據更新時,此種模式會造成各個業務端和Redis數據不一致,通常會使用發布訂閱機制來解決類型問題。

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