Redis?數(shù)據(jù)傾斜產(chǎn)生的原因及問題詳解
一、什么是Redis數(shù)據(jù)傾斜?
數(shù)據(jù)傾斜是指在Redis分布式集群(如Redis Cluster或Codis)中,數(shù)據(jù)(內(nèi)存占用)或訪問請(qǐng)求(QPS)沒有均勻地分布到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上,導(dǎo)致部分節(jié)點(diǎn)負(fù)載過高,而其他節(jié)點(diǎn)相對(duì)空閑的現(xiàn)象。這違背了分布式系統(tǒng)負(fù)載均衡的設(shè)計(jì)初衷。
數(shù)據(jù)傾斜主要分為兩種:
- 存儲(chǔ)傾斜: 某個(gè)或某幾個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量(內(nèi)存占用)遠(yuǎn)大于其他節(jié)點(diǎn)。
- 請(qǐng)求傾斜: 某個(gè)或某幾個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到的操作請(qǐng)求量(QPS)遠(yuǎn)高于其他節(jié)點(diǎn),即使它們存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量不大。
通常,兩者會(huì)相互關(guān)聯(lián)和加劇。
二、數(shù)據(jù)傾斜產(chǎn)生的原因
1. 存儲(chǔ)傾斜的原因
- 大Key(Big Key):
- 定義: 一個(gè)Key對(duì)應(yīng)的Value非常大,例如一個(gè)包含數(shù)百萬元素的Hash/List/Set,或者一個(gè)巨大的字符串(>10KB)。
- 影響: 這個(gè)大Key必然落在某個(gè)特定節(jié)點(diǎn)上。它會(huì)導(dǎo)致:
- 該節(jié)點(diǎn)內(nèi)存使用率高,可能率先觸發(fā)內(nèi)存淘汰或OOM。
- 持久化(RDB/AOF)時(shí),
bgsave或rewriteaof操作耗時(shí)劇增,阻塞主線程風(fēng)險(xiǎn)高。 - 網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力大,遷移困難。
- 槽位(Slot)分配不均:
- 在Redis Cluster中,總共有16384個(gè)槽位。理論上,節(jié)點(diǎn)間槽位數(shù)應(yīng)大致相等。如果手動(dòng)使用
CLUSTER ADDSLOTS分配不均,或者遷移過程中出現(xiàn)異常,會(huì)導(dǎo)致部分節(jié)點(diǎn)管理的槽位更多,存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也相應(yīng)更多。
- 在Redis Cluster中,總共有16384個(gè)槽位。理論上,節(jié)點(diǎn)間槽位數(shù)應(yīng)大致相等。如果手動(dòng)使用
- Hash Tag使用不當(dāng):
- Hash Tag 是一種高級(jí)特性,用
{}包裹鍵名的一部分,例如user:{1000}:profile和user:{1000}:orders。Redis會(huì)僅使用{}內(nèi)的內(nèi)容來計(jì)算槽位,從而保證相關(guān)聯(lián)的多個(gè)Key落在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)。 - 濫用風(fēng)險(xiǎn): 如果所有業(yè)務(wù)的Key都使用同一個(gè)Hash Tag(例如
{global}:key1,{global}:key2),那么所有數(shù)據(jù)都會(huì)集中到同一個(gè)節(jié)點(diǎn),造成嚴(yán)重的存儲(chǔ)和請(qǐng)求傾斜。 - 數(shù)據(jù)分布與業(yè)務(wù)邏輯強(qiáng)相關(guān):
- 例如,所有以特定前綴(如
hot_news:2024)開頭的Key,由于哈希算法特性,可能恰好都映射到了同一個(gè)或某幾個(gè)槽位。
- 例如,所有以特定前綴(如
2. 請(qǐng)求傾斜(熱點(diǎn)Key)的原因
- 熱點(diǎn)Key(Hot Key):
- 定義: 某個(gè)Key在短時(shí)間內(nèi)被超高頻率地訪問(如秒殺商品、熱點(diǎn)新聞)。
- 影響:
- 該Key所在節(jié)點(diǎn)的CPU、網(wǎng)絡(luò)帶寬和連接數(shù)負(fù)載激增,成為性能瓶頸。
- 可能導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)響應(yīng)變慢,甚至因過載而宕機(jī),引發(fā)雪崩效應(yīng)。
- 命令復(fù)雜度不均:
- 某個(gè)節(jié)點(diǎn)上的Key雖然數(shù)量不多,但經(jīng)常被執(zhí)行
O(N)復(fù)雜度的命令(如HGETALL、LRANGE 0 -1、KEYS *、SORT),消耗大量CPU資源。
- 某個(gè)節(jié)點(diǎn)上的Key雖然數(shù)量不多,但經(jīng)常被執(zhí)行
- 客戶端連接池配置不當(dāng):
- 所有客戶端可能由于某種原因(如配置錯(cuò)誤、故障轉(zhuǎn)移后)集中連接到集群中的少數(shù)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)。
三、如何診斷數(shù)據(jù)傾斜?
1. 監(jiān)控告警(預(yù)防與發(fā)現(xiàn))
- 基礎(chǔ)監(jiān)控: 持續(xù)監(jiān)控所有Redis節(jié)點(diǎn)的以下指標(biāo):
- 內(nèi)存使用率: 各節(jié)點(diǎn)是否均衡?
- Keys數(shù)量: 各節(jié)點(diǎn)Key數(shù)是否大致相當(dāng)?
- QPS/OPS: 各節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求量是否均衡?
- CPU使用率: 是否有節(jié)點(diǎn)CPU持續(xù)偏高?
- 網(wǎng)絡(luò)流量: 輸入/輸出帶寬是否均衡?
- 慢查詢?nèi)罩?/strong>: 是否集中在某些節(jié)點(diǎn)?
2. 使用Redis命令進(jìn)行排查
查看集群節(jié)點(diǎn)與槽位分布:
redis-cli -c -h <host> -p <port> cluster nodes
觀察每個(gè)節(jié)點(diǎn)后面的 slots 范圍是否均勻,以及 connected 連接數(shù)。
分析節(jié)點(diǎn)內(nèi)存與Key數(shù):
redis-cli -c -h <host> -p <port> info memory | grep used_memory_human redis-cli -c -h <host> -p <port> info keyspace
可以編寫腳本遍歷所有節(jié)點(diǎn),對(duì)比數(shù)據(jù)。
- 找出大Key:
- 使用
redis-cli --bigkeys命令(在集群模式下需對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行):
- 使用
redis-cli -h <host> -p <port> --bigkeys -i 0.1
- 使用官方工具
redis-rdb-tools: 對(duì)RDB文件進(jìn)行分析,生成內(nèi)存報(bào)告,最準(zhǔn)確。 - 找出熱點(diǎn)Key:
- 使用
redis-cli --hotkeys命令(需要先開啟maxmemory-policy為 LFU):
- 使用
redis-cli -h <host> -p <port> --hotkeys
使用 MONITOR 命令(生產(chǎn)環(huán)境慎用,臨時(shí)采樣): 短暫運(yùn)行,觀察哪些Key被頻繁操作。
基于代理或客戶端埋點(diǎn): 在應(yīng)用端或代理層(如Codis Proxy、Twemproxy)統(tǒng)計(jì)Key的訪問頻率。
四、解決方案與最佳實(shí)踐
1. 解決存儲(chǔ)傾斜
- 拆分大Key:
- 示例: 一個(gè)存儲(chǔ)了100萬用戶ID的Set
all_users,可以拆分為all_users:shard1、all_users:shard2... 等多個(gè)子Key,通過哈希將用戶ID分散到不同子Key中。 - 注意: 拆分會(huì)增加客戶端邏輯的復(fù)雜度。
- 優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
- 例如,不用String存儲(chǔ)大JSON,改用Hash;使用HyperLogLog代替Set進(jìn)行基數(shù)統(tǒng)計(jì)。
- 調(diào)整槽位分布:
- 對(duì)于Redis Cluster,可以使用
redis-cli --cluster rebalance命令,在節(jié)點(diǎn)間重新均衡槽位。但這只能均衡槽位數(shù)量,無法解決因大Key或Hash Tag導(dǎo)致的單個(gè)槽位內(nèi)數(shù)據(jù)過大的問題。
- 對(duì)于Redis Cluster,可以使用
- 規(guī)范使用Hash Tag:
- 僅對(duì)有強(qiáng)關(guān)聯(lián)、需要共同操作的Key使用Hash Tag。例如,確保一個(gè)用戶會(huì)話的多個(gè)Key在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)。避免濫用。
2. 解決請(qǐng)求傾斜(熱點(diǎn)Key)
- 本地緩存:
- 在應(yīng)用層(如Guava、Caffeine)或靠近應(yīng)用的緩存(如Sidecar)中對(duì)熱點(diǎn)Key進(jìn)行緩存,大幅降低對(duì)Redis的直接請(qǐng)求。注意設(shè)置合理的過期時(shí)間和更新策略。
- 讀寫分離:
- 如果熱點(diǎn)主要是讀請(qǐng)求,可以為該熱點(diǎn)Key所在的Redis節(jié)點(diǎn)配置從庫(kù)(Replica),將讀流量分散到從庫(kù)上。
- Key分片:
- 與拆分大Key類似,將一個(gè)邏輯熱點(diǎn)Key(如
hot_news)拆分為多個(gè)物理Key(如hot_news:1、hot_news:2)??蛻舳嗽L問時(shí),通過一個(gè)確定性規(guī)則(如用戶ID % 分片數(shù))決定訪問哪個(gè)分片。這本質(zhì)上是將壓力從單Key分?jǐn)偟蕉喙?jié)點(diǎn)。 - 使用 RedisGears/Actions:
- 利用Redis的服務(wù)端腳本能力,在Redis內(nèi)部實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯,減少網(wǎng)絡(luò)往返和客戶端壓力。
3. 通用與預(yù)防性措施
- 容量規(guī)劃與監(jiān)控先行: 在上線前預(yù)估數(shù)據(jù)量和訪問模式,建立完善的監(jiān)控告警體系。
- 數(shù)據(jù)預(yù)熱: 在活動(dòng)(如大促)開始前,將預(yù)期可能成為熱點(diǎn)或主要的數(shù)據(jù)加載到緩存,并使其均勻分布。
- 客戶端優(yōu)化:
- 使用連接池,并確保連接均勻分布到集群節(jié)點(diǎn)。
- 避免在線上使用阻塞式或高復(fù)雜度命令(
KEYS、FLUSHALL、HGETALL等),使用SCAN系列命令替代。
- 升級(jí)架構(gòu):
- 如果業(yè)務(wù)增長(zhǎng)迅猛,可以考慮使用更高級(jí)的分布式緩存方案(如阿里云Tair、騰訊云Redis企業(yè)版),它們內(nèi)置了更好的負(fù)載均衡和熱點(diǎn)發(fā)現(xiàn)能力。
五、總結(jié)
Redis數(shù)據(jù)傾斜的本質(zhì)是數(shù)據(jù)或流量在分布式系統(tǒng)中分布不均。解決思路可以概括為:
- 監(jiān)控發(fā)現(xiàn): 建立指標(biāo),快速定位是存儲(chǔ)問題還是請(qǐng)求問題。
- 精準(zhǔn)分析: 使用工具定位到大Key或熱點(diǎn)Key。
- 對(duì)癥下藥:
- 對(duì)大Key:拆。
- 對(duì)熱點(diǎn)Key:分(分片)或擋(本地緩存/讀寫分離)。
- 對(duì)分布不均:調(diào)(槽位重平衡)和規(guī)(規(guī)范Hash Tag使用)。
- 預(yù)防為主: 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)階段就充分考慮數(shù)據(jù)分布和訪問模式。
通過系統(tǒng)性的監(jiān)控、分析和優(yōu)化,可以有效地管理和緩解Redis數(shù)據(jù)傾斜問題,保證緩存服務(wù)的穩(wěn)定和高性能。
到此這篇關(guān)于Redis 數(shù)據(jù)傾斜問題詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis 數(shù)據(jù)傾斜內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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