《大厂内部资料》Redis 性能优化的 13 条军规!全网首发(下)

本文涉及的产品
云数据库 Tair(兼容Redis),内存型 2GB
Redis 开源版,标准版 2GB
推荐场景:
搭建游戏排行榜
简介: 《大厂内部资料》Redis 性能优化的 13 条军规!全网首发(下)

7.避免大量数据同时失效


Redis 过期键值删除使用的是贪心策略,它每秒会进行 10 次过期扫描,此配置可在 redis.conf 进行配置,默认值是 hz 10,Redis 会随机抽取 20 个值,删除这 20 个键中过期的键,如果过期 key 的比例超过 25% ,重复执行此流程,如下图所示:


微信图片_20220117201300.png


如果在大型系统中有大量缓存在同一时间同时过期,那么会导致 Redis 循环多次持续扫描删除过期字典,直到过期字典中过期键值被删除的比较稀疏为止,而在整个执行过程会导致 Redis 的读写出现明显的卡顿,卡顿的另一种原因是内存管理器需要频繁回收内存页,因此也会消耗一定的 CPU。


为了避免这种卡顿现象的产生,我们需要预防大量的缓存在同一时刻一起过期,就简单的解决方案就是在过期时间的基础上添加一个指定范围的随机数。


8.客户端使用优化


在客户端的使用上我们除了要尽量使用 Pipeline 的技术外,还需要注意要尽量使用 Redis 连接池,而不是频繁创建销毁 Redis 连接,这样就可以减少网络传输次数和减少了非必要调用指令。


9.限制 Redis 内存大小


在 64 位操作系统中 Redis 的内存大小是没有限制的,也就是配置项 maxmemory <bytes> 是被注释掉的,这样就会导致在物理内存不足时,使用 swap 空间既交换空间,而当操心系统将 Redis 所用的内存分页移至 swap 空间时,将会阻塞 Redis 进程,导致 Redis 出现延迟,从而影响 Redis 的整体性能。因此我们需要限制 Redis 的内存大小为一个固定的值,当 Redis 的运行到达此值时会触发内存淘汰策略,内存淘汰策略在 Redis 4.0 之后有 8 种:


  1. noeviction:不淘汰任何数据,当内存不足时,新增操作会报错,Redis 默认内存淘汰策略;
  2. allkeys-lru:淘汰整个键值中最久未使用的键值;
  3. allkeys-random:随机淘汰任意键值;
  4. volatile-lru:淘汰所有设置了过期时间的键值中最久未使用的键值;
  5. volatile-random:随机淘汰设置了过期时间的任意键值;
  6. volatile-ttl:优先淘汰更早过期的键值。


在 Redis 4.0 版本中又新增了 2 种淘汰策略:


  1. volatile-lfu:淘汰所有设置了过期时间的键值中,最少使用的键值;
  2. allkeys-lfu:淘汰整个键值中最少使用的键值。


其中 allkeys-xxx 表示从所有的键值中淘汰数据,而 volatile-xxx 表示从设置了过期键的键值中淘汰数据。


我们可以根据实际的业务情况进行设置,默认的淘汰策略不淘汰任何数据,在新增时会报错。


10.使用物理机而非虚拟机


在虚拟机中运行 Redis 服务器,因为和物理机共享一个物理网口,并且一台物理机可能有多个虚拟机在运行,因此在内存占用上和网络延迟方面都会有很糟糕的表现,我们可以通过 ./redis-cli --intrinsic-latency 100 命令查看延迟时间,如果对 Redis 的性能有较高要求的话,应尽可能在物理机上直接部署 Redis 服务器。


11.检查数据持久化策略


Redis 的持久化策略是将内存数据复制到硬盘上,这样才可以进行容灾恢复或者数据迁移,但维护此持久化的功能,需要很大的性能开销。


在 Redis 4.0 之后,Redis 有 3 种持久化的方式:


  • RDB(Redis DataBase,快照方式)将某一个时刻的内存数据,以二进制的方式写入磁盘;


  • AOF(Append Only File,文件追加方式),记录所有的操作命令,并以文本的形式追加到文件中;


  • 混合持久化方式,Redis 4.0 之后新增的方式,混合持久化是结合了 RDB 和 AOF 的优点,在写入的时候,先把当前的数据以 RDB 的形式写入文件的开头,再将后续的操作命令以 AOF 的格式存入文件,这样既能保证 Redis 重启时的速度,又能减低数据丢失的风险。


RDB 和 AOF 持久化各有利弊,RDB 可能会导致一定时间内的数据丢失,而 AOF 由于文件较大则会影响 Redis 的启动速度,为了能同时拥有 RDB 和 AOF 的优点,Redis 4.0 之后新增了混合持久化的方式,因此我们在必须要进行持久化操作时,应该选择混合持久化的方式。


查询是否开启混合持久化可以使用config get aof-use-rdb-preamble 命令,执行结果如下图所示:


微信图片_20220117201302.png


其中 yes 表示已经开启混合持久化,no 表示关闭,Redis 5.0 默认值为 yes。如果是其他版本的 Redis 首先需要检查一下,是否已经开启了混合持久化,如果关闭的情况下,可以通过以下两种方式开启:


  • 通过命令行开启
  • 通过修改 Redis 配置文件开启


① 通过命令行开启


使用命令 config set aof-use-rdb-preamble yes 执行结果如下图所示:


微信图片_20220117201303.png


命令行设置配置的缺点是重启 Redis 服务之后,设置的配置就会失效。


② 通过修改 Redis 配置文件开启


在 Redis 的根路径下找到 redis.conf 文件,把配置文件中的 aof-use-rdb-preamble no 改为 aof-use-rdb-preamble yes 如下图所示:


微信图片_20220117201305.png


配置完成之后,需要重启 Redis 服务器,配置才能生效,但修改配置文件的方式,在每次重启 Redis 服务之后,配置信息不会丢失。


需要注意的是,在非必须进行持久化的业务中,可以关闭持久化,这样可以有效的提升 Redis 的运行速度,不会出现间歇性卡顿的困扰。


12.禁用 THP 特性


Linux kernel 在 2.6.38 内核增加了 Transparent Huge Pages (THP) 特性 ,支持大内存页 2MB 分配,默认开启。


当开启了 THP 时,fork 的速度会变慢,fork 之后每个内存页从原来 4KB 变为 2MB,会大幅增加重写期间父进程内存消耗。同时每次写命令引起的复制内存页单位放大了 512 倍,会拖慢写操作的执行时间,导致大量写操作慢查询。例如简单的 incr 命令也会出现在慢查询中,因此 Redis 建议将此特性进行禁用,禁用方法如下:  


echo never >  /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled


为了使机器重启后 THP 配置依然生效,可以在 /etc/rc.local 中追加 echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled。


13.使用分布式架构来增加读写速度


Redis 分布式架构有三个重要的手段:


  • 主从同步
  • 哨兵模式
  • Redis Cluster 集群


使用主从同步功能我们可以把写入放到主库上执行,把读功能转移到从服务上,因此就可以在单位时间内处理更多的请求,从而提升的 Redis 整体的运行速度。

而哨兵模式是对于主从功能的升级,但当主节点奔溃之后,无需人工干预就能自动恢复 Redis 的正常使用。


Redis Cluster 是 Redis 3.0 正式推出的,Redis 集群是通过将数据库分散存储到多个节点上来平衡各个节点的负载压力。


Redis Cluster 采用虚拟哈希槽分区,所有的键根据哈希函数映射到 0 ~ 16383 整数槽内,计算公式:slot = CRC16(key) & 16383,每一个节点负责维护一部分槽以及槽所映射的键值数据。这样 Redis 就可以把读写压力从一台服务器,分散给多台服务器了,因此性能会有很大的提升。


在这三个功能中,我们只需要使用一个就行了,毫无疑问 Redis Cluster 应该是首选的实现方案,它可以把读写压力自动的分担给更多的服务器,并且拥有自动容灾的能力。

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