Redis 是基于單線程模型實現(xiàn)的磕洪，也就是 Redis 是使用一個線程來處理所有的客戶端請求的吭练，盡管 Redis 使用了非阻塞式 IO，并且對各種命令都做了優(yōu)化（大部分命令操作時間復(fù)雜度都是 O(1)）析显，但由于 Redis 是單線程執(zhí)行的特點鲫咽，因此它對性能的要求更加苛刻，本文我們將通過一些優(yōu)化手段，讓 Redis 更加高效的運行分尸。
本文我們將使用以下手段姊舵，來提升 Redis 的運行速度：
縮短鍵值對的存儲長度；
使用 lazy free（延遲刪除）特性寓落；
設(shè)置鍵值的過期時間；
禁用長耗時的查詢命令荞下；
使用 slowlog 優(yōu)化耗時命令伶选；
使用 Pipeline 批量操作數(shù)據(jù)；
避免大量數(shù)據(jù)同時失效尖昏；
客戶端使用優(yōu)化仰税；
限制 Redis 內(nèi)存大小抽诉；
使用物理機而非虛擬機安裝 Redis 服務(wù)陨簇；
檢查數(shù)據(jù)持久化策略；
禁用 THP 特性迹淌；
使用分布式架構(gòu)來增加讀寫速度河绽。
1.縮短鍵值對的存儲長度
鍵值對的長度是和性能成反比的，比如我們來做一組寫入數(shù)據(jù)的性能測試唉窃，執(zhí)行結(jié)果如下：
從以上數(shù)據(jù)可以看出耙饰，在 key 不變的情況下，value 值越大操作效率越慢纹份，因為 Redis 對于同一種數(shù)據(jù)類型會使用不同的內(nèi)部編碼進(jìn)行存儲苟跪，比如字符串的內(nèi)部編碼就有三種：?int（整數(shù)編碼）、raw（優(yōu)化內(nèi)存分配的字符串編碼）蔓涧、embstr（動態(tài)字符串編碼）件已，這是因為 Redis 的作者是想通過不同編碼實現(xiàn)效率和空間的平衡，然而數(shù)據(jù)量越大使用的內(nèi)部編碼就越復(fù)雜元暴，而越是復(fù)雜的內(nèi)部編碼存儲的性能就越低篷扩。
這還只是寫入時的速度，當(dāng)鍵值對內(nèi)容較大時昨寞，還會帶來另外幾個問題：
內(nèi)容越大需要的持久化時間就越長瞻惋，需要掛起的時間越長，Redis 的性能就會越低援岩；
內(nèi)容越大在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膬?nèi)容就越多歼狼，需要的時間就越長，整體的運行速度就越低享怀；
內(nèi)容越大占用的內(nèi)存就越多羽峰，就會更頻繁的觸發(fā)內(nèi)存淘汰機制，從而給 Redis 帶來了更多的運行負(fù)擔(dān)。
因此在保證完整語義的同時梅屉，我們要盡量的縮短鍵值對的存儲長度值纱，必要時要對數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化和壓縮再存儲，以 Java 為例坯汤，序列化我們可以使用 protostuff 或 kryo虐唠，壓縮我們可以使用 snappy。
2.使用?lazy free 特性
lazy free 特性是 Redis 4.0 新增的一個非常使用的功能惰聂，它可以理解為惰性刪除或延遲刪除疆偿。意思是在刪除的時候提供異步延時釋放鍵值的功能，把鍵值釋放操作放在 BIO(Background I/O) 單獨的子線程處理中搓幌，以減少刪除刪除對 Redis 主線程的阻塞杆故，可以有效地避免刪除 big key 時帶來的性能和可用性問題。
lazy free 對應(yīng)了 4 種場景溉愁，默認(rèn)都是關(guān)閉的：
lazyfree-lazy-eviction no
lazyfree-lazy-expire no
lazyfree-lazy-server-del no
slave-lazy-flush no
它們代表的含義如下：
lazyfree-lazy-eviction：表示當(dāng) Redis 運行內(nèi)存超過 maxmeory 時处铛，是否開啟 lazy free 機制刪除；
lazyfree-lazy-expire：表示設(shè)置了過期時間的鍵值拐揭，當(dāng)過期之后是否開啟 lazy free 機制刪除撤蟆；
lazyfree-lazy-server-del：有些指令在處理已存在的鍵時，會帶有一個隱式的 del 鍵的操作投队，比如 rename 命令枫疆，當(dāng)目標(biāo)鍵已存在，Redis 會先刪除目標(biāo)鍵敷鸦，如果這些目標(biāo)鍵是一個 big key息楔，就會造成阻塞刪除的問題，此配置表示在這種場景中是否開啟 lazy free 機制刪除扒披；
slave-lazy-flush：針對 slave(從節(jié)點) 進(jìn)行全量數(shù)據(jù)同步值依，slave 在加載 master 的 RDB 文件前，會運行 flushall 來清理自己的數(shù)據(jù)碟案，它表示此時是否開啟 lazy free 機制刪除愿险。
建議開啟其中的 lazyfree-lazy-eviction、lazyfree-lazy-expire价说、lazyfree-lazy-server-del 等配置辆亏，這樣就可以有效的提高主線程的執(zhí)行效率。
3.設(shè)置鍵值的過期時間
我們應(yīng)該根據(jù)實際的業(yè)務(wù)情況鳖目，對鍵值設(shè)置合理的過期時間扮叨，這樣 Redis 會幫你自動清除過期的鍵值對，以節(jié)約對內(nèi)存的占用领迈，以避免鍵值過多的堆積彻磁，頻繁的觸發(fā)內(nèi)存淘汰策略碍沐。
4.禁用長耗時的查詢命令
Redis 絕大多數(shù)讀寫命令的時間復(fù)雜度都在 O(1) 到 O(N) 之間，在官方文檔對每命令都有時間復(fù)雜度說明衷蜓，地址：https://redis.io/commands累提，如下圖所示：
其中 O(1) 表示可以安全使用的，而 O(N) 就應(yīng)該當(dāng)心了磁浇，N 表示不確定斋陪，數(shù)據(jù)越大查詢的速度可能會越慢。因為 Redis 只用一個線程來做數(shù)據(jù)查詢置吓，如果這些指令耗時很長鳍贾，就會阻塞 Redis，造成大量延時交洗。
要避免 O(N) 命令對 Redis 造成的影響，可以從以下幾個方面入手改造：
決定禁止使用 keys 命令橡淑；
避免一次查詢所有的成員构拳，要使用 scan 命令進(jìn)行分批的，游標(biāo)式的遍歷梁棠；
通過機制嚴(yán)格控制 Hash置森、Set、Sorted Set 等結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)大蟹凫海；
將排序、并集男娄、交集等操作放在客戶端執(zhí)行行贪，以減少 Redis 服務(wù)器運行壓力；
刪除 (del) 一個大數(shù)據(jù)的時候模闲，可能會需要很長時間，所以建議用異步刪除的方式 unlink，它會啟動一個新的線程來刪除目標(biāo)數(shù)據(jù)氧敢，而不阻塞 Redis 的主線程庆冕。
5.使用 slowlog 優(yōu)化耗時命令
我們可以使用 slowlog 功能找出最耗時的 Redis 命令進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，以提升 Redis 的運行速度实夹，慢查詢有兩個重要的配置項：
slowlog-log-slower-than?：用于設(shè)置慢查詢的評定時間橄浓，也就是說超過此配置項的命令，將會被當(dāng)成慢操作記錄在慢查詢?nèi)罩局辛梁剑鼒?zhí)行單位是微秒 (1 秒等于 1000000 微秒)荸实；
slowlog-max-len?：用來配置慢查詢?nèi)罩镜淖畲笥涗洈?shù)。
我們可以根據(jù)實際的業(yè)務(wù)情況進(jìn)行相應(yīng)的配置塞赂，其中慢日志是按照插入的順序倒序存入慢查詢?nèi)罩局欣崂眨覀兛梢允褂?slowlog get n?來獲取相關(guān)的慢查詢?nèi)罩局缰僬业竭@些慢查詢對應(yīng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化。
6.使用 Pipeline 批量操作數(shù)據(jù)
Pipeline (管道技術(shù)) 是客戶端提供的一種批處理技術(shù)圆存，用于一次處理多個 Redis 命令叼旋，從而提高整個交互的性能。
我們使用 Java 代碼來測試一下 Pipeline 和普通操作的性能對比沦辙，Pipeline 的測試代碼如下：
public?class?PipelineExample?{
public?static?void?main?(String[] args)?{
Jedis jedis =?new?Jedis(?"127.0.0.1"?,?6379?);
// 記錄執(zhí)行開始時間
long?beginTime = System.currentTimeMillis();
// 獲取 Pipeline 對象
Pipeline pipe = jedis.pipelined();
// 設(shè)置多個 Redis 命令
for?(?int?i =?0?; i <?100?; i++) {
pipe.set(?"key"?+ i,?"val"?+ i);
pipe.del(?"key"?+i);
}
// 執(zhí)行命令
pipe.sync();
// 記錄執(zhí)行結(jié)束時間
long?endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println(?"執(zhí)行耗時："?+ (endTime - beginTime) +?"毫秒"?);
}
}
以上程序執(zhí)行結(jié)果為：
執(zhí)行耗時：297毫秒
普通的操作代碼如下：
public?class?PipelineExample?{
public?static?void?main?(String[] args)?{
Jedis jedis =?new?Jedis(?"127.0.0.1"?,?6379?);
// 記錄執(zhí)行開始時間
long?beginTime = System.currentTimeMillis();
for?(?int?i =?0?; i <?100?; i++) {
jedis.set(?"key"?+ i,?"val"?+ i);
jedis.del(?"key"?+i);
}
// 記錄執(zhí)行結(jié)束時間
long?endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println(?"執(zhí)行耗時："?+ (endTime - beginTime) +?"毫秒"?);
}
}
以上程序執(zhí)行結(jié)果為：
執(zhí)行耗時：17276毫秒
從以上的結(jié)果可以看出夫植，管道的執(zhí)行時間是 297 毫秒，而普通命令執(zhí)行時間是 17276 毫秒油讯，管道技術(shù)要比普通的執(zhí)行大約快了 58 倍详民。
7.避免大量數(shù)據(jù)同時失效
Redis 過期鍵值刪除使用的是貪心策略，它每秒會進(jìn)行 10 次過期掃描陌兑，此配置可在 redis.conf 進(jìn)行配置沈跨，默認(rèn)值是?hz 10?，Redis 會隨機抽取 20 個值兔综，刪除這 20 個鍵中過期的鍵饿凛，如果過期 key 的比例超過 25% ，重復(fù)執(zhí)行此流程软驰，如下圖所示：
如果在大型系統(tǒng)中有大量緩存在同一時間同時過期涧窒，那么會導(dǎo)致 Redis 循環(huán)多次持續(xù)掃描刪除過期字典，直到過期字典中過期鍵值被刪除的比較稀疏為止锭亏，而在整個執(zhí)行過程會導(dǎo)致 Redis 的讀寫出現(xiàn)明顯的卡頓纠吴，卡頓的另一種原因是內(nèi)存管理器需要頻繁回收內(nèi)存頁，因此也會消耗一定的 CPU慧瘤。
為了避免這種卡頓現(xiàn)象的產(chǎn)生戴已，我們需要預(yù)防大量的緩存在同一時刻一起過期，就簡單的解決方案就是在過期時間的基礎(chǔ)上添加一個指定范圍的隨機數(shù)锅减。
8.客戶端使用優(yōu)化
在客戶端的使用上我們除了要盡量使用 Pipeline 的技術(shù)外恭陡，還需要注意要盡量使用 Redis 連接池，而不是頻繁創(chuàng)建銷毀 Redis 連接上煤，這樣就可以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸次數(shù)和減少了非必要調(diào)用指令休玩。
9.限制 Redis 內(nèi)存大小
在 64 位操作系統(tǒng)中 Redis 的內(nèi)存大小是沒有限制的，也就是配置項?maxmemory <bytes>?是被注釋掉的劫狠，這樣就會導(dǎo)致在物理內(nèi)存不足時拴疤，使用 swap 空間既交換空間，而當(dāng)操心系統(tǒng)將 Redis 所用的內(nèi)存分頁移至 swap 空間時独泞，將會阻塞 Redis 進(jìn)程呐矾，導(dǎo)致 Redis 出現(xiàn)延遲，從而影響 Redis 的整體性能懦砂。因此我們需要限制 Redis 的內(nèi)存大小為一個固定的值蜒犯，當(dāng) Redis 的運行到達(dá)此值時會觸發(fā)內(nèi)存淘汰策略组橄，?內(nèi)存淘汰策略在 Redis 4.0 之后有 8 種?：
noeviction：不淘汰任何數(shù)據(jù)，當(dāng)內(nèi)存不足時罚随，新增操作會報錯玉工，Redis 默認(rèn)內(nèi)存淘汰策略；
allkeys-lru：淘汰整個鍵值中最久未使用的鍵值淘菩；
allkeys-random：隨機淘汰任意鍵值;
volatile-lru：淘汰所有設(shè)置了過期時間的鍵值中最久未使用的鍵值遵班；
volatile-random：隨機淘汰設(shè)置了過期時間的任意鍵值；
volatile-ttl：優(yōu)先淘汰更早過期的鍵值潮改。
在 Redis 4.0?版本中又新增了 2 種淘汰策略：
volatile-lfu：淘汰所有設(shè)置了過期時間的鍵值中狭郑，最少使用的鍵值；
allkeys-lfu：淘汰整個鍵值中最少使用的鍵值汇在。
其中 allkeys-xxx 表示從所有的鍵值中淘汰數(shù)據(jù)翰萨，而 volatile-xxx 表示從設(shè)置了過期鍵的鍵值中淘汰數(shù)據(jù)。
我們可以根據(jù)實際的業(yè)務(wù)情況進(jìn)行設(shè)置糕殉，默認(rèn)的淘汰策略不淘汰任何數(shù)據(jù)缨历，在新增時會報錯。
10.使用物理機而非虛擬機
在虛擬機中運行 Redis 服務(wù)器糙麦，因為和物理機共享一個物理網(wǎng)口，并且一臺物理機可能有多個虛擬機在運行丛肮，因此在內(nèi)存占用上和網(wǎng)絡(luò)延遲方面都會有很糟糕的表現(xiàn)赡磅，我們可以通過?./redis-cli --intrinsic-latency 100?命令查看延遲時間，如果對 Redis 的性能有較高要求的話宝与，應(yīng)盡可能在物理機上直接部署 Redis 服務(wù)器焚廊。
11.檢查數(shù)據(jù)持久化策略
Redis 的持久化策略是將內(nèi)存數(shù)據(jù)復(fù)制到硬盤上，這樣才可以進(jìn)行容災(zāi)恢復(fù)或者數(shù)據(jù)遷移习劫，但維護(hù)此持久化的功能咆瘟，需要很大的性能開銷。
在 Redis 4.0 之后诽里，Redis 有 3 種持久化的方式：
RDB（Redis DataBase袒餐，快照方式）將某一個時刻的內(nèi)存數(shù)據(jù)，以二進(jìn)制的方式寫入磁盤谤狡；
AOF（Append Only File灸眼，文件追加方式），記錄所有的操作命令墓懂，并以文本的形式追加到文件中焰宣；
混合持久化方式，Redis 4.0 之后新增的方式捕仔，混合持久化是結(jié)合了 RDB 和 AOF 的優(yōu)點匕积，在寫入的時候盈罐，先把當(dāng)前的數(shù)據(jù)以 RDB 的形式寫入文件的開頭，再將后續(xù)的操作命令以 AOF 的格式存入文件闪唆，這樣既能保證 Redis 重啟時的速度盅粪，又能減低數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險。
RDB 和 AOF 持久化各有利弊苞氮，RDB 可能會導(dǎo)致一定時間內(nèi)的數(shù)據(jù)丟失湾揽，而 AOF 由于文件較大則會影響 Redis 的啟動速度，為了能同時擁有 RDB 和 AOF 的優(yōu)點笼吟，Redis 4.0 之后新增了混合持久化的方式库物，因此我們在必須要進(jìn)行持久化操作時，應(yīng)該選擇混合持久化的方式贷帮。
查詢是否開啟混合持久化可以使用?config get aof-use-rdb-preamble?命令戚揭，執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：
其中 yes 表示已經(jīng)開啟混合持久化，no 表示關(guān)閉撵枢，Redis 5.0 默認(rèn)值為 yes民晒。如果是其他版本的 Redis 首先需要檢查一下，是否已經(jīng)開啟了混合持久化锄禽，如果關(guān)閉的情況下潜必，可以通過以下兩種方式開啟：
通過命令行開啟
通過修改 Redis 配置文件開啟
① 通過命令行開啟
使用命令?config set aof-use-rdb-preamble yes?執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：
命令行設(shè)置配置的缺點是重啟 Redis 服務(wù)之后，設(shè)置的配置就會失效沃但。
② 通過修改 Redis 配置文件開啟
在 Redis 的根路徑下找到 redis.conf 文件磁滚，把配置文件中的?aof-use-rdb-preamble no?改為?aof-use-rdb-preamble yes?如下圖所示：
配置完成之后，需要重啟 Redis 服務(wù)器宵晚，配置才能生效垂攘，但修改配置文件的方式，在每次重啟 Redis 服務(wù)之后淤刃，配置信息不會丟失晒他。
需要注意的是，在非必須進(jìn)行持久化的業(yè)務(wù)中逸贾，可以關(guān)閉持久化陨仅，這樣可以有效的提升 Redis 的運行速度，不會出現(xiàn)間歇性卡頓的困擾铝侵。
12.禁用 THP 特性
Linux kernel 在 2.6.38 內(nèi)核增加了 Transparent Huge Pages (THP) 特性 掂名，支持大內(nèi)存頁 2MB 分配，默認(rèn)開啟哟沫。
當(dāng)開啟了 THP 時饺蔑，fork 的速度會變慢，fork 之后每個內(nèi)存頁從原來 4KB 變?yōu)?2MB嗜诀，會大幅增加重寫期間父進(jìn)程內(nèi)存消耗猾警。同時每次寫命令引起的復(fù)制內(nèi)存頁單位放大了 512 倍孔祸，會拖慢寫操作的執(zhí)行時間，導(dǎo)致大量寫操作慢查詢发皿。例如簡單的 incr 命令也會出現(xiàn)在慢查詢中崔慧，因此 Redis 建議將此特性進(jìn)行禁用，禁用方法如下：
echo never > ?/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
為了使機器重啟后 THP 配置依然生效穴墅，可以在 /etc/rc.local 中追加?echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled?惶室。
13.使用分布式架構(gòu)來增加讀寫速度
Redis 分布式架構(gòu)有三個重要的手段：
主從同步
哨兵模式
Redis Cluster 集群
使用主從同步功能我們可以把寫入放到主庫上執(zhí)行，把讀功能轉(zhuǎn)移到從服務(wù)上玄货，因此就可以在單位時間內(nèi)處理更多的請求皇钞，從而提升的 Redis 整體的運行速度。
而哨兵模式是對于主從功能的升級松捉，但當(dāng)主節(jié)點奔潰之后夹界，無需人工干預(yù)就能自動恢復(fù) Redis 的正常使用。
Redis Cluster 是 Redis 3.0 正式推出的隘世，Redis 集群是通過將數(shù)據(jù)庫分散存儲到多個節(jié)點上來平衡各個節(jié)點的負(fù)載壓力可柿。
Redis Cluster 采用虛擬哈希槽分區(qū)，所有的鍵根據(jù)哈希函數(shù)映射到 0 ~ 16383 整數(shù)槽內(nèi)丙者，計算公式：slot = CRC16(key) & 16383复斥，每一個節(jié)點負(fù)責(zé)維護(hù)一部分槽以及槽所映射的鍵值數(shù)據(jù)。這樣 Redis 就可以把讀寫壓力從一臺服務(wù)器械媒，分散給多臺服務(wù)器了目锭，因此性能會有很大的提升。
在這三個功能中滥沫，我們只需要使用一個就行了，毫無疑問 Redis Cluster 應(yīng)該是首選的實現(xiàn)方案键俱，它可以把讀寫壓力自動的分擔(dān)給更多的服務(wù)器兰绣，并且擁有自動容災(zāi)的能力。
