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Redis大Key分析和解决最佳实践

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刘彬

1.

概述

我们先假定有如下场景：某税务局一线运维收到客户反馈通知，说系统查询某机构对申报信息极为缓慢。于是开发人员找到一个出问题的机构A，通过搜索日志系统找到系统操作Redis时间比较久，并且从日志系统搜到一些Redis 含询超时的异常。最后我们定位到的原因如下：

在申报接口的时候系统通过Redis做了一个级存，记录机构的申报信息，Redis数据结构：key=机构、IDvalue=申报列表，而Redis查询发现多了许多大key，体现在一个机构ID一天有上万甚至几十万的申报信息。我们通常将此类问题称为Redis大Key问题。

2.

Redis大Key基本概念及场景

所谓的大key问题是某个key对应的value比较大，所以本质上是大value问题，key往往是开发过程中可以自行设置，可以控制大小，value往往不受程序控制跟业务场景有关系，因此可能导致value较大。

2.1基本概念

在Redis中，大key指的是key对应的value值所占的内存空间比较大：

● value是string类型，大小建议控制在10kb以内。

● valve是hash、list、set、zset等集合类型，元素个数建议不要超过 5000（或者1万、几万）。上述的定义并不绝对，主要是根据value的大小和元索个数来确定，业务也可以很据自己的场景确定标淮。

2.2常见场景

大key的产生往往是业务方设计不合理，没有预见vaule的动态增长问题。

通常有几类此较经典的场录：

● 一直往value存放数据，没有删除及过期机制。

● 数据没有合理做分片，将大key变成以一个个小key。

3.

Redis大Key带来的影响

● 客户端超时阻塞。由于Redis单线程的特性，操作大key的通常比较耗时，也就意味着阻塞Redis可能性越大，这样会造成容户瑞阻塞或者引起故障切换，会出现各种Redis慢查询。

● 内存空间不均匀。集群模式在slot分片均匀情况下，会出现数据和查询倾斜情况，部分有大key的Redis节点占用内行多、QPS高。

● 引发网络阻塞。每次获取大key产生的网络流量按大，如果一个key的大小为1MB每秒访问量为1000，那么行秒会产生1000MB的流量。这对于普通千兆网卡的服务器说是灾难性的。

● 阻塞工作线程。执行大key删除时，在低版本Redis中可能阻塞线程。

4.

Redis大Key如何检测

● 改写Redis客户端，在sdk中加入埋点，实时上报数据给Redis大key 检测平台、监控告警。

● scan+debug object bigkey命令，循环遍历Redis key序列化后的长度。debug object bigkey可能会比较慢，它存在阻塞Redis的可能，建议在从节点执行该命令，官方不推荐。

● scan+memory usage。该命令是在Redis 4.0+以后提供的，可以循环遍历统计计算每个键值的字节数。

● 通过python脚本迭代的scan key。对每次scan的内容进行判断是否为大key。

● Redis-cli --bigkeys。可以找到某个Redis 实例5种数据类型（string、hash、list、set、zset）的最大key。但如果Redis key 比较多，执行该命令会比较慢，建议在从节点执行该命令。

● rdbtools开源工具包。rdbtools是python写的一个第三方开源工具，用来解析Redis快照文件，Redis实例上执行bgsave，然后对dump出；来的rdb文件进行分析，找到其中的大key。

例如：rdb dump.rdb -c memory --byes 10240 -f Redis.csv

从dump.rdb 快照文件统计 (bgsave)，将所有＞10kb的key输出到一个csv文件。

5.

Redis大Key如何删除

如果对这类大key直接使用del命今进行删除，会导致长时间阻塞，甚至崩溃，因为del命令在删除集合类型数据时，时间复杂度为O(M)，M是集合中元素的个数。Redis是单线程的，单个命令执行时间过长就会阻塞其他命令，容易引起雪崩，稳妥的建议如下：

主动删除大Key

一、分批次渐近删除

一般来说，对于string数据类型使用del命令不会产生阻塞。其它数据类型分批删除，通过scan命令遍历大key，每次取得少部分元素进行删除，然后再获取和删除下一批元素．对Hash,Sorted Set, List. Set 分别处理、思路相同，先对key改名进行逻辑删除，使客户端无法使用原key，然后使用批量小步删除。

● 删除大Hash

步骤：（1）key改名，相当于逻辑上删除key，任何Redis命令都访问不了该key。（2）小步多批次删除。

伪代码：

● 删除大List

伪代码：

● 删除大Set

伪代码：

● 删除大Sorted Set

伪代码：

二、采用unlink+bigkey异步非阻塞删除，这个命令是在Redis 4.0+提供的代替del命令，不会阻塞主线程。

被动删除大Key

被动删除是指利用Redis自身的key消除策略，配置lazyfree情性删除。但是参数默认是关闭的。可配置如下参数开启：

6.

Redis大Key如何设计与优化

主要针对以下两种经典场景进行优化：

单个key 存储的 value 很大（超过 10kb)

1）从业务角度评估，value中只存储有用的字段，尽量去掉无用的字段。

2）可以考点在应用层先对value进行压缩，比如采用LZ4/Snappy之类的压缩算法，配合Redis客户端序列化配置，可以无侵入完成value的压缩。.

3）value设计的时候越小越好，关联的数据分不同的key进行存儲。

4）大key分拆成几个key-value，使用multiGet获取值，这样分拆的意义在于分拆单次操作的压力．将操作压力拼摊到多个Redis实例中，降低对单个Redis的IO影响。

5）对Redis集群进行扩容。

集合数据类型hash. list, set. sorted set等存储过多的元素（超过5000个）

类似于场景一中的第一个做法，可以将这些元素分拆：

以hash为例，原先的正常存取流程是hget(hashKey,field) ;hset(hashkey,field,value)现在，我们可以分拆构建一个新的 newHashkey，具体做法：固定一个桶的数量，比如10000每次存取的时候，先在本地计算field的hash值，取模10000，确定了该field落在哪个newHashkey上。

set、sorted、list也可以采用类似做法。