前言

對redis的使用，想必做過后端開發(fā)的同學(xué)都不陌生，redis為key/value非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，使用起來簡單高效，支持的數(shù)據(jù)類型也比較豐富，幾乎在日常開發(fā)中沒有不涉及的；

但如果對redis使用比較深入的話，還需要綜合考慮多方面的因素，比如使用redis時如何兼具高效與性能，如何設(shè)計合理的key以達到存取時最高效等等，這都是應(yīng)該考慮的，下面結(jié)合redis中一個比較簡單但也容易的問題，關(guān)于redis的鍵值設(shè)計做一個全面的探討；

Redis使用中不規(guī)范的現(xiàn)象

• Redis 存儲的key命名不規(guī)范，比較隨意；
• Redis 被當(dāng)成存儲庫使用，存在數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險，且無重新加載方案；
• Redis 緩存key，未設(shè)置過期時間， 緩存低頻數(shù)據(jù)占用大量內(nèi)存， 進而導(dǎo)致服務(wù)崩潰；
• Redis 緩存大量big key, 應(yīng)用獲取時會占用大量網(wǎng)絡(luò)帶寬，刪除也容易造成阻塞；
• Redis 客戶端使用不當(dāng)，導(dǎo)致其它客戶端連接timeout, 原因可能客戶端密碼錯誤，且沒有使用連接池，大量連接重試導(dǎo)致系統(tǒng)端口資源耗光；
• Redis 客戶端命令使用不當(dāng)，導(dǎo)致大量的慢查詢，影響其它應(yīng)用業(yè)務(wù)，比如在業(yè)務(wù)高峰期時使用 keys* 或flushall 這樣的命令；

Redis 使用業(yè)務(wù)場景推薦與建議

• 高并發(fā)場景：熱點數(shù)據(jù)緩存， 可提升系統(tǒng)整體響應(yīng)速度，降低數(shù)據(jù)庫IO壓力 ；
• 限時場景：利用Redis expire命令設(shè)置session過期和續(xù)期、手機驗證碼等；
• 排行榜： 利用Redis list 和 sorted sets 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)各種復(fù)雜的排行榜應(yīng)用；
• 數(shù)據(jù)集合操作：利用Redis list、set、sorted set， 方便進行數(shù)據(jù)計算， 如交集、并集、差集等；
• 連續(xù)簽到：可以利用redis的bitmap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)簽到相關(guān)的業(yè)務(wù)；
• 計數(shù)器：利用Redis incr、incrby命令實現(xiàn)api調(diào)用次數(shù)統(tǒng)計， api限流等場景；
• 分布式鎖：利用 Redis 的 setnx 功能來編寫分布式的鎖, 典型開源組件比如redisson；

如何設(shè)計出優(yōu)雅的key

可以這么說，線上關(guān)于redis的性能優(yōu)化這個問題上，不合理的key的設(shè)計經(jīng)常是引發(fā)問題的根因，究其本質(zhì)，就個人看到的情況來說，大多數(shù)同學(xué)在對redis使用過程中，對于key的設(shè)計幾乎是沒有什么概念的，因為大多數(shù)同學(xué)使用的場景就是 key/val ，對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是 字符串key/字符串val；

稍微對redis有更深入的了解的同學(xué)，在進行存儲時，可能會知道 key的設(shè)計盡量短一點，中間最好有層次感，最好以 ： 進行分割 ......

那么如何才能設(shè)計出比較優(yōu)雅的key呢？下面結(jié)合小編實際使用中的經(jīng)驗以及踩過的坑，來具體談?wù)劊?/p>

一、遵循如下幾個最佳實踐約定

1. 遵循基本格式：[業(yè)務(wù)名稱]:[數(shù)據(jù)名]:[id]；
2. key的長度不超過44字節(jié)；
3. 不要包含特殊字符；

關(guān)于上面幾條建議，這樣做有如下幾點好處：

• 可讀性強，比如當(dāng)我們設(shè)計這樣的key結(jié)構(gòu)， order:user:10，一眼看過去就知道這是關(guān)于用戶訂單相關(guān)的key；
• 方便維護管理，不同的應(yīng)用，或者不同的業(yè)務(wù)采用不同的前綴，在可視化客戶端工具或者命令行中很方便進行key的查找定位；
• 避免key沖突，避免在使用過程中多個人都用userId這樣的值作為key引發(fā)的緩存key沖突；
• 更節(jié)省內(nèi)存： key是string類型，底層編碼包含int、embstr和raw三種。embstr在小于44字節(jié)使用，采用連續(xù)內(nèi)存空間，內(nèi)存占用更小；

推薦值：

• 單個key的value小于10KB；
• 對于集合類型的key，建議元素數(shù)量小于1000；

二、盡量避免bigkey

1、什么是bigkey呢

BigKey通常以Key的大小和Key中成員的數(shù)量來綜合判定，例如：

• Key本身的數(shù)據(jù)量過大：一個String類型的Key，它的值為5 MB；
• Key中的成員數(shù)過多：一個ZSET類型的Key，它的成員數(shù)量為10,000個；
• Key中成員的數(shù)據(jù)量過大：一個Hash類型的Key，它的成員數(shù)量雖然只有1,000個但這些成員的Value（值）總大小為100 MB；

2、BigKey的危害

網(wǎng)絡(luò)阻塞

• 對BigKey執(zhí)行讀請求時，少量的QPS就可能導(dǎo)致帶寬使用率被占滿，導(dǎo)致Redis實例，乃至所在物理機變慢；

數(shù)據(jù)傾斜

• BigKey所在的Redis實例內(nèi)存使用率遠超其他實例，無法使數(shù)據(jù)分片的內(nèi)存資源達到均衡；

Redis阻塞

• 對元素較多的hash、list、zset等做運算會耗時較舊，使主線程被阻塞；

CPU壓力

• 對BigKey的數(shù)據(jù)序列化和反序列化會導(dǎo)致CPU的使用率飆升，影響Redis實例和本機其它應(yīng)用；

3、如何發(fā)現(xiàn)BigKey

在安裝的機器上執(zhí)行 redis-cli --bigkeys命令

• 利用redis-cli提供的--bigkeys參數(shù)，可以遍歷分析所有key，并返回Key的整體統(tǒng)計信息與每個數(shù)據(jù)的Top1的big key；

通過scan掃描

• 編寫程序，利用scan掃描Redis中的所有key，利用strlen、hlen等命令判斷key的長度（此處不建議使用MEMORY USAGE）；

使用第三方工具

• 利用第三方工具，如 Redis-Rdb-Tools 分析RDB快照文件，全面分析內(nèi)存使用情況；

使用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

• 自定義工具，監(jiān)控進出Redis的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，超出預(yù)警值時主動告警；

三、使用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)類型

正如上面所說，很多初次使用redis的同學(xué)，對于很多業(yè)務(wù)場景，都是一個key/val的簡單的結(jié)構(gòu)搞定，而不會深入思考這樣做是否合理，或者說這樣做以后會不會引發(fā)相關(guān)的性能方面的問題；

對于這個問題，從根本上來說，需要深入了解并掌握redis的常用的數(shù)據(jù)類型，在這個基礎(chǔ)上，才能針對不同的業(yè)務(wù)場景，設(shè)計出高效的存儲存儲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；

讓我們思考一下，如何緩存用戶對象列表這樣的數(shù)據(jù)呢？

• 方案1：key為usrId，value為對象的序列化字符串，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似下面這樣； 

優(yōu)點：存取方便，簡單粗暴，存取時只需要做下json和對象的互轉(zhuǎn)即可；

缺點：數(shù)據(jù)耦合，不夠靈活，一旦對象新增了字段或刪減了字段，緩存重建的成本非常大；

• 方案2：使用一個list結(jié)構(gòu)，緩存用戶ID列表，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下；

優(yōu)點：對內(nèi)存的占用小，操作高效；

缺點：獲取到val之后，需要進一步查庫才能得到完整的對象；

方案3：使用hash結(jié)構(gòu)，緩存對象，數(shù)據(jù)如下所示；

優(yōu)點：底層使用ziplist，空間占用小，可以靈活訪問對象的任意字段；

缺點：編碼上相對復(fù)雜；

Redis 緩存在實際應(yīng)用中的使用建議

• 【推薦】對緩存進行預(yù)熱。在訪問數(shù)據(jù)前，應(yīng)先對緩存進行預(yù)熱，避免大量請求直接進入數(shù)據(jù)存儲層；應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)情況劃分合適的冷熱數(shù)據(jù)，對熱點數(shù)據(jù)進行預(yù)熱。如許可授權(quán)信息， apikey等；
• 【推薦】配合使用本地緩存。使用本地緩存能更穩(wěn)定、更快速地訪問到數(shù)據(jù)，但在分布式架構(gòu)下，要慎用本地緩存，避免造成服務(wù)器節(jié)點帶狀態(tài)。同時由于本地緩存直接占用應(yīng)用服務(wù)器的資源，要避免過度占用資源導(dǎo)致應(yīng)用節(jié)點崩潰；
• 【推薦】緩存變更策略，應(yīng)先更新數(shù)據(jù)庫，再更新緩存；
• 【推薦】一次業(yè)務(wù)調(diào)用需要訪問多次redis服務(wù)端，可采用pipleline或其它批量操作方式；
• 【推薦】大List,Set,Hash,存儲的數(shù)量巨大。獲得大量元素時延遲較大阻塞其他命令.建議切割成多個小的list,set,hash；

使用業(yè)務(wù)規(guī)范

不管是redis，還是其他開發(fā)中使用到的中間件，具體到開發(fā)使用時，最好都應(yīng)該提前制定出一套合理的規(guī)范，這個規(guī)范應(yīng)該是大多數(shù)開發(fā)人員認可并在實踐中得到檢驗，且能有效規(guī)避一些問題的，一旦指定為規(guī)范，應(yīng)該成為指導(dǎo)內(nèi)部開發(fā)人員日常的規(guī)則，這里提如下幾點：

• Redis 應(yīng)該定位為緩存數(shù)據(jù)， 不可用于存儲大規(guī)模數(shù)據(jù)（不可替代數(shù)據(jù)庫）；
• Redis 適合讀多寫少場景，如存在高頻寫入，低頻查詢場景，則不推薦使用；
• 在不確定key的存活時間時，最好設(shè)置過期時間，控制 key 的生命周期；
• 應(yīng)該考慮冷熱數(shù)據(jù)分離，對于查詢， 高頻次業(yè)務(wù)查詢走Redis，低頻查詢考慮走數(shù)據(jù)庫；
• Redis 有數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險，程序處理數(shù)據(jù)時，應(yīng)該考慮數(shù)據(jù)丟失后能自動從數(shù)據(jù)庫加載并緩存到Redis；
• 謹慎使用O(N)命令， 如list, set, hash 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作時， hgetall、lrange、smembers、zrange等并非不能使用，優(yōu)先考慮使用 hscan、sscan、zscan 代替。

以上就是Redis 鍵值設(shè)計使用總結(jié)的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Redis 鍵值設(shè)計的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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