Redis调优-BigKey如何处理？

主要介绍Redis在生产实践中的大Key问题的产生、原因、排查思路、核心命令和参数。关键词：`redis`、`BigKey`、`惰性删除`

Redis大Key核心问题

Redis库中大数据量如何遍历？

主机配置：

• redis: 6.2.14
• 主机内存：8G

执行步骤：

1. 生成1000W条记录脚本,插入redis数据库

#!/bin/bash  
  
# Redis服务器地址和端口  
REDIS_HOST="localhost"  
REDIS_PORT=6379  
  
# 输出文件名  
OUTPUT_FILE="/tmp/redis-bigkey.txt"  
  
# 要插入的数据条数  
NUM_ENTRIES=1000000  
  
# 清除输出文件，如果它已存在  
> "$OUTPUT_FILE"  
  
# 生成数据并插入到Redis中，同时输出到文件  
for ((i=1; i<=$NUM_ENTRIES; i++)); do  
    # 生成一个随机的key和value，这里简化处理，仅使用数字作为key和value  
    KEY="key$i"  
    VALUE="$i"  
  
    # 将key和value输出到文件中  
    echo "set $KEY $VALUE" >> "$OUTPUT_FILE"  
  
    # 如果需要的话，可以在这里添加检查来确认SET操作是否成功  
    # 比如：redis-cli -h $REDIS_HOST -p $REDIS_PORT GET "$KEY" | grep -q "$VALUE"  
    # 如果上面的命令返回非零状态，可以记录错误或者退出脚本  
  
done  
  
echo "数据已插入Redis并输出到$OUTPUT_FILE"

2. 读取命令集，插入redis数据库

cat /tmp/redis-bigkey.txt | /usr/local/redis/redis-6.2.14/src/redis-cli -h 192.168.XXX.XXX -p 6379 -a ****** --pipe

这条命令是会将一个文本文件的内容通过管道（pipe）发送到Redis的命令行接口并执行。

重要参数说明：

cat /tmp/redis-bigkey.txt:

• cat 命令用于读取 /tmp/redis-bigkey.txt 这个文件的内容。

-a ******:

• -a 参数用于指定连接Redis服务器所需的密码。
• ****** 是连接Redis服务器时使用的密码。

--pipe:

• --pipe 是一个特殊的选项，它告诉 redis-cli 通过管道从标准输入读取数据，并作为Redis命令发送到服务器。

注意：这里/tmp/redis-bigkey.txt 文件包含一系列的Redis命令，这些命令将被批量执行。例如，文件中可能包含 SET、GET、DEL 等命令，每行一个命令。使用 --pipe 选项时，需要确保Redis服务器配置允许批量操作。

3. 执行后结果，redis数据库中有1000W数据

127.0.0.1:6379> dbsize
(integer) 1000000

尝试用 keys * 遍历，耗时8.55s

由此可见，生产环境的数据量可能不止这些。可想遍历一次可能的耗时。

那么，如何正确遍历呢？ 使用SCAN命令。

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

SCAN 命令是一个基于游标的迭代器，每次被调用之后， 都会向用户返回一个新的游标， 用户在下次迭代时需要使用这个新游标作为 SCAN 命令的游标参数， 以此来延续之前的迭代过程。

简单演示

127.0.0.1:6379> scan 2 match * count 10
1) "720898"
2)  1) "key772152"
    2) "key318823"
    3) "key851172"
    4) "key137276"
    5) "key658069"
    6) "key486655"
    7) "key795861"
    8) "key300972"
    9) "key488665"
   10) "key479460"
   11) "key15673"

什么是大Key，多大是大Key?

注意：Redis中的大key，实际上指的是key所关联的value值特别大，或者是某种数据结构（如hash, set, zset, list）中存储了过多的元素。

详情可参照《阿里Redis开发规范》

一般来讲，String类型控制在10KB以内，hash、list、set、zset元素个数不要超过5000。

为什么会产生BigKey？

大key的产生一般与业务方设计有关，对vaule的动态增长问题预估不足。造成大key问题的原因有：

• 数据结构设计不合理。在不适用的场景下使用Redis，易造成Key的value过大，如使用String类型的Key存放大体积二进制文件型数据；
• 业务规划设计不足。没有对Key中的成员进行合理的拆分将大key变成小key，从而造成个别Key中一直往value里面塞数据，没有删除机制，未定期清理无效数据，导致不断增加。
• 上线前期预估不足。如头条重大新闻，造成value值动态突增。如：百度热搜

• 汇总统计类，随着时间推移value逐渐增加

产生大Key会有什么问题？

• 内存不足（因为redis基于内存）
• 删除超时
• 网络阻塞
• 集群节点容量倾斜甚至宕机

因此需引起足够重视。

如何判定redis变慢了？

1. Redis 基准性能测试

• 测试基准

了解Redis 在生产环境服务器上的基准性能，才能进一步评估，当其延迟达到什么程度时，才认为Redis确实变慢了。例如：按自身硬件配置，可能延迟是0.5ms 时就可以认为Redis 变慢了。

• 测试方法

执行以下命令，测试出这个实例60 秒内的最大响应延迟：

./redis-cli --intrinsic-latency 60

[root@bogon src]# ./redis-cli --intrinsic-latency 60
Max latency so far: 1 microseconds.
Max latency so far: 25 microseconds.
Max latency so far: 220 microseconds.
Max latency so far: 253 microseconds.
Max latency so far: 351 microseconds.
Max latency so far: 448 microseconds.
Max latency so far: 514 microseconds.

1706810010 total runs (avg latency: 0.0352 microseconds / 35.15 nanoseconds per run).
Worst run took 14622x longer than the average latency.

从输出结果可以看到，这60 秒内的最大响应延迟为514 微秒（0.514 毫秒）。

还可以使用以下命令，查看一段时间内Redis 的最小、最大、平均访问延迟。如下：redis-cli 每隔1秒向 Redis 服务器发送一个 PING 命令，并测量其往返时间.

Redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 --latency-history -i 1

[root@bogon src]# redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 --latency-history -i 1
min: 0, max: 1, avg: 0.15 (82 samples) -- 1.01 seconds range
min: 0, max: 1, avg: 0.06 (80 samples) -- 1.00 seconds range
min: 0, max: 1, avg: 0.12 (82 samples) -- 1.00 seconds range
min: 0, max: 1, avg: 0.09 (81 samples) -- 1.01 seconds range
min: 0, max: 1, avg: 0.07 (82 samples) -- 1.00 seconds range
min: 0, max: 1, avg: 0.07 (82 samples) -- 1.01 seconds range

根据《阿里开发手册》如果你观察到的Redis 运行时延迟是其基线性能的2倍及以上，就可以认定Redis变慢了。

2. 使用Redis慢日志

Redis 提供了慢日志命令的统计功能，它记录了有哪些命令在执行时耗时比较久。

例如，设置慢日志的阈值为5毫秒，并且保留最近10条慢日志记录：

# 命令执行耗时超过 5 毫秒，记录慢日志
CONFIG SET slowlog-log-slower-than 5000

# 只保留最近 10 条慢日志
CONFIG SET slowlog-max-len 10

如果你查询慢日志发现，并不是复杂度过高的命令导致的，而都是SET/DEL这种简单命令出现在慢日志中，那么你就要怀疑你的实例否写入了bigkey。

如何发现BigKey？

使用命令redis-cli --bigkeys给出每种数据结构最大的bigkey，同时给出每种数据类型的键值个数和平均大小。

redis-cli --bigkeys

[root@bogon src]# redis-cli --bigkeys

# Scanning the entire keyspace to find biggest keys as well as
# average sizes per key type.  You can use -i 0.1 to sleep 0.1 sec
# per 100 SCAN commands (not usually needed).

[00.00%] Biggest string found so far '"key162116"' with 6 bytes
[75.91%] Biggest string found so far '"key1000000"' with 7 bytes
[100.00%] Sampled 1000000 keys so far

-------- summary -------

Sampled 1000000 keys in the keyspace!
Total key length in bytes is 8888896 (avg len 8.89)

Biggest string found '"key1000000"' has 7 bytes

0 lists with 0 items (00.00% of keys, avg size 0.00)
0 hashs with 0 fields (00.00% of keys, avg size 0.00)
1000000 strings with 5888896 bytes (100.00% of keys, avg size 5.89)
0 streams with 0 entries (00.00% of keys, avg size 0.00)
0 sets with 0 members (00.00% of keys, avg size 0.00)
0 zsets with 0 members (00.00% of keys, avg size 0.00)

注意：对线上实例进行bigkey扫描时，Redis 的OPS（Operation Per Second 每秒操作次数）会突增，扫描过程最好控制一下扫描的频率，指定-i 参数，命令：redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379 --bigkeys -i 1.它表示扫描过程中每次扫描后休息的时间间隔，单位是秒。

但是，如果想要获得一个 key 和它的值在 RAM 中所占用的字节数。需要使用以下命令：

redis 127.0.0.1:6379> MEMORY USAGE key [SAMPLES count]

例如：

127.0.0.1:6379> MEMORY usage key1000000
(integer) 56

当我们发现生产的大Key后，那么如何进行删除？

如何处理大Key?

我们按照不同数据类型，给出以下命令：

• String类型: DEL/UNLINK

删除Redis中String类型的大Key，你可以使用DEL命令：

DEL key [key ...]

如果你使用的是Redis的集群模式，可以使用redis-cli的-c选项来启用集群模式，并执行删除命令。

redis-cli -c DEL key_name

由于DEL命令会对Redis服务器造成阻塞，可以考虑使用UNLINK命令。Redis 4.0及以上版本中可用，它会异步地删除Key，避免阻塞。

UNLINK key [key ...]

注意: 即使使用UNLINK命令，删除非常大的Key仍然可能会对Redis服务器造成一些影响，因为它仍然需要释放内存。

因此，在生产环境中执行此类操作时，请务必谨慎，并考虑在低峰时段进行，同时监控Redis的性能指标。

• Hash类型:HSCAN + HDEL

HSCAN key cursor [MATCH pattern] [COUNT count]

127.0.0.1:6379> HSET myhash field1 value1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET myhash field2 value2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSET myhash field3 value3
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HSCAN myhash 0 MATCH * COUNT 10
1) "0"
2) 1) "field1"
   2) "value1"
   3) "field2"
   4) "value2"
   5) "field3"
   6) "value3"
127.0.0.1:6379> HDEL myhash field2 
(integer) 1
127.0.0.1:6379> HGETALL myhash
1) "field1"
2) "value1"
3) "field3"
4) "value3"

• List类型:LTRIM渐进式删除

LTRIM key start stop

redis> RPUSH mylist "one"
(integer) 1
redis> RPUSH mylist "two"
(integer) 2
redis> RPUSH mylist "three"
(integer) 3
redis> LTRIM mylist 1 -1
"OK"
redis> LRANGE mylist 0 -1
1) "two"
2) "three"
redis> 

• Set类型:使用sscan每次获取部分元素，再使用srem命令删除每个元素

127.0.0.1:6379> SADD myset e1 e2 e3 
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SSCAN myset 1
1) "0"
2) 1) "e3"
127.0.0.1:6379> SMEMBERS myset
1) "e2"
2) "e1"
3) "e3"
127.0.0.1:6379> SREM myset e2
(integer) 1
127.0.0.1:6379> SMEMBERS myset
1) "e1"
2) "e3"
127.0.0.1:6379> 

• Zset类型： 使用zscan每次获取部分元素，再使用ZREM命令删除每个元素

127.0.0.1:6379> zadd score 98 xm 99 xb 100 xh
(integer) 3
127.0.0.1:6379> zscan score 0
1) "0"
2) 1) "xm"
   2) "98"
   3) "xb"
   4) "99"
   5) "xh"
   6) "100"
127.0.0.1:6379> ZRANGE score 0 -1 WITHSCORES
1) "xm"
2) "98"
3) "xb"
4) "99"
5) "xh"
6) "100"
127.0.0.1:6379> ZREM score xm
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ZRANGE score 0 -1 WITHSCORES
1) "xb"
2) "99"
3) "xh"
4) "100"
127.0.0.1:6379> 

生产BigKey如何调优？

采用惰性删除策略。具体在${redis_home}/redis.conf 文件配置修改

lazyfree-lazy-server-del yes
replica-lazy-flush yes
lazyfree-lazy-user-del yes

总结

Redis中的大Key指的是占用内存特别大的Key，处理不当可能导致性能下降、内存消耗大等问题。

解决方案：

• 避免创建大Key：设计数据结构时，尽量分散数据，避免单一Key过大。
• 分批次处理：对于已存在的大Key，使用相关命令（如SCAN）分批次读取和删除。
• 设置过期时间：为大Key设置TTL，让Redis自动清理。
• 监控与告警：使用监控工具及时发现大Key，并设置告警通知。
• 优化网络：如果删除大Key时网络压力大，考虑增加带宽或优化网络连接。

注意事项：

• 处理大Key时要谨慎，最好在低峰时段操作。