Redis Hotkey？3招定位+5招解决-编程知识

作者总结分享 Redis Hotkey 定位和解决方法的优缺点。

作者：贲绍华，爱可生研发中心工程师，负责项目的需求与维护工作。其他身份：柯基铲屎官。

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本文约 800 字，预计阅读需要 2 分钟。

什么是 Hotkey，会有什么问题？

1.1 什么是 Hotkey?

顾名思义即 Redis 实例中的热点数据，当客户端频繁访地查询、读取、写入同一个 key 时，它被称之为 Hotkey。

1.2 会有什么问题？

1.2.1 网络问题

单机的资源是有限的，Hotkey 无法充分利用集群分担流量时，会导致各实例间资源无法充分合理应用。

Hotkey 所属实例的网卡也会持续高负载的状态，可能会出现相应延迟的问题。

1.2.2 缓存穿透

当 Hotkey 失效或所在节点实例状态异常时，流量请求会直接打到数据库上。

1.2.3 主从同步延迟

在 Redis 中，主从同步是异步进行操作的，但如果单节点 Hotkey 持续占用过高的带宽资源，则可能会造成主从延迟或中断。

如何发现 Hotkey？

2.1 客户端统计

这里的客户端可以是具体的业务端，也可以是 proxy 层，根据 key 的调用情况进行统计与分析。

优点

实现成本相对较低。
可以根据统计情况灵活调整客户端的统计指标与算法，灵活配置客户端缓存。

缺点

对业务开发的侵入性：需要预先埋点，添加相关逻辑和代码。这涉及到对业务开发的改动和调整，可能增加开发复杂性和维护成本。
监测存在延迟：多个客户端统计时汇总分析比较繁琐，上报与分析的过程往往并不是实时的，存在一定的延迟。
2.2 Monitor 监控
Redis 提供了 Monitor 监控命令，使用 Monitor 命令可以实时监控 Redis 数据库的所有命令操作，包括对 Hotkey 的读取和写入操作，通过对返回的执行命令进行统计来分析 Hotkey 的分布。

方案推荐

Facebook 开源的 redis-faina(Python)，提供了对 Monitor 的一些分析与定位。

优点

可以清楚的知道 key 的操作行为（写入还是读取）。
准确定位客户端来源。

缺点

Monitor 命令本身会影响 Redis 的性能，特别是在高负载环境中。它会占用部分 Redis 服务器的 CPU 资源和网络带宽，在 Redis 官方文档中描述如下，运行单个 Monitor 客户端可能会使吞吐量减少50%以上：

In this particular case, running a single 
MONITOR client can reduce the throughput by more than 50%. Running more 
MONITOR clients will reduce throughput even more

2.3 Hotkeys

从 Redis 4.0.3 版本开始，Redis 引入了 hotkeys 的命令来帮助定位 Hotkey。该命令可用于识别在 Redis 数据库中访问频率最高的键。

对性能要求不是太高的业务场景下，建议使用该进行 Hotkey 的定位与分析。使用前需要先配置 Redis 的内存淘汰策略。

优点

易用性：内置命令直接调用即可。
实时性：该命令提供的信息是实时的，能够及时反映当前的热点键。
缺点
性能影响：由于它是一个全量的Hotkey数据，特别是存在大量hotkey的场景下会对性能产生较大影响，因此不推荐在生产环境频繁执行；
局限性：该命令返回的结果是基于Redis自身内部的采样与统计算法，根据机器资源的或预期场景的不同，该结果可能并不是100%符合预期的；
完整性：该命令只提供了热点键的基本信息，无法知道更详细的统计和分析信息，需要向业务侧确认；

2.4 TCP 抓包

使用这种方式可以做到对业务端无侵入性、对 Redis 实例本身性能无影响。

方案推荐

ELK 提供了一个名为 packetbeat 的抓包插件，可以对 Redis 的 TCP 报文进行抓包与分析。但往往需要搭配 ELK 一起使用，单独使用 packetbeat 插件的话也需要额外做一些定制化变更。

优点

实时性：可以实时捕获 Redis 客户端与 Redis 服务器之间的网络通信，包括请求和响应数据，以获取最新的 Hotkey 信息。
适用范围更广：适用于任何 Redis 实例，不论是单机还是分布式部署，无论是云上还是本地。只要网络流量可以访问，就可以使用 TCP 抓包进行分析。
独立性：这种方式是独立于业务侧与 Redis 实例之外的，无需业务埋点、无需更改或配置 Redis，同时也避免对 Redis 实例所在的机器性能造成额外的负担。
缺点
复杂度过高：无论是基于自行实现还是 packetbeat，都需要进行一定的定制化调整，使用成本相对较高。
稳定性：当网络环境不稳定时，该方式可能存在一定误差。
隐私与安全：TCP 报文包含了完整都的请求和响应数据可能会涉及到敏感信息的泄露（如密码、敏感数据等）。

如何解决？

3.1 Redis cluster 数据分片

将数据按照一定的规则进行分片存储，使不同的键分散在不同的 Redis 实例或分片中。这样可以减少单个实例的负载，提高整体性能。

可以使用 Redis Cluster 来实现分片，或者结合应用程序的逻辑进行手动分片。但该方式可能并不适用单个或少量 key 为 Hotkey 的场景。

3.2 多级缓存

通过第二小节的方式定位到 Hotkey 后，可以对 Hotkey 灵活调整缓存策略，比如客户端本地+分布式缓存、全局缓存+局部缓存等。

3.3 监控优化

对Redis实例所在机器完善监控与告警，多维度分析 Hotkey 场景下机器的 QPS、内存、网络等资源的使用情况。

当达到策略阈值时，可以配合自动化运维增加一些如：扩容、调整缓存配置、slot迁移等策略。

3.4 根据业务拆分子 key

该方式适用于 key 的数量较少且可以对 key 或 value 自身进行拆分的情况，令 Hotkey 尽量分散的落到不同的实例上。

3.5 缓存策略与 TTL 优化

合理配置 TTL，并使用适当的缓存策略，如 LRU（Least Recently Used）或 LFU（Least Frequently Used），以便自动淘汰冷数据并保留热点数据。

避免 Hotkey 过期导致频繁的缓存击穿的情况。

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