关于Redis热点key的一些思考

客官°小女子只卖身不卖艺 2021-11-15 12:02 344阅读 0赞

昨天在和一个已经跳槽的同事聊天时，询问他这段时间面试时碰到的一些问题。自己也想积累一下这方面的知识。其中他说了在面试某赞公司时面试官问他关于热点Key的的解决方案。于是针对这次谈话以及上网查的一些资料后的思考进行一下总结。方便后续自己查阅。

## 什么是热点Key ##

其实对于热点Key，网上一查一大堆，这里我就引用网上的一段话。

从基于用户消费的数据远远大于生产的数据的角度来讲，我们平常使用的知乎等软件时，大多数人平常仅仅只是浏览，并不会去提问问题、发表的文章，偶尔会发表自己的文章或者看法，这就是一个典型的读多写少的情景，当然此类情景不太容易导致热点的产生。

在日常工作生活中一些突发的的事件，诸如：“双11”期间某些热门商品的降价促销，当这其中的某一件商品被数万次点击、购买时，会形成一个较大的需求量，这种情况下就会产生一个单一的Key，这样就会引起一个热点；同理，当被大量刊发、浏览的热点新闻，热点评论等也会产生热点；另外，在服务端读数据进行访问时，往往会对数据进行分片切分，此类过程中会在某一主机Server上对相应的Key进行访问，当访问超过主机Server极限时，就会导致热点Key问题的产生。

## 如何解决？ ##

针对于热点Key的解决方案网上的查找出来无非就是两种

*  服务端缓存：即将热点数据缓存至服务端的内存中
 *  备份热点Key：即将热点Key+随机数，随机分配至Redis其他节点中。这样访问热点key的时候就不会全部命中到一台机器上了。

其实这两个解决方案前提都是知道了热点Key是什么的情况，那么如何找到热点key呢？

### 热点检测 ###

1.  凭借经验，进行预估：例如提前知道了某个活动的开启，那么就将此Key作为热点Key
2.  客户端收集：在操作Redis之前对数据进行统计
3.  抓包进行评估：Redis使用TCP协议与客户端进行通信，通信协议采用的是RESP，所以能进行拦截包进行解析
4.  在proxy层，对每一个 redis 请求进行收集上报
5.  Redis自带命令查询：Redis4.0.4版本提供了`redis-cli –hotkeys`就能找出热点Key

> 如果要用Redis自带命令查询时，要注意需要先把内存逐出策略设置为allkeys-lfu或者volatile-lfu，否则会返回错误。进入Redis中使用`config set maxmemory-policy allkeys-lfu`即可。

### 服务端缓存 ###

假设我们已经统计出了一些热点Key，将这些数据缓存到了服务端，那么还有一个问题。就是如何**保证Redis和服务端热点Key的数据一致性**。我这里想到的解决方案是利用Redis自带的消息通知机制，对于热点Key客户端建立一个监听，当热点Key有更新操作的时候，客户端也随之更新。

主要代码如下，监听类负责接收到Redis的事件，然后筛选出热点Key进行相应的动作

public class KeyExpiredEventMessageListener implements MessageListener {
    
        @Autowired
        private RedisTemplate redisTemplate;
    
        @Override
        public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
            String key = new String(message.getChannel());
            key = key.substring(key.indexOf(":")+1);
            String action = new String(message.getBody());
            if (HotKey.containKey(key)){
                String value = redisTemplate.opsForValue().get(key)+"";
                switch (action){
                    case "set":
                        log.info("热点Key:{} 修改",key);
                        HotKeyAction.UPDATE.action(key,value);
                        break;
                    case "expired":
                        log.info("热点Key:{} 到期删除",key);
                        HotKeyAction.REMOVE.action(key,null);
                        break;
                    case "del":
                        log.info("热点Key:{} 删除",key);
                        HotKeyAction.REMOVE.action(key,null);
                        break;
                }
            }
        }
    }

建立一个存储热点Key的数据结构`ConcurrentHashMap`，并设置相应的操作方法，这里设置了假数据，在static代码块中直接设置了两个热点Key

public class HotKey {
    
        private static Map<String,String> hotKeyMap = new ConcurrentHashMap<>();
        private static List<String> hotKeyList = new CopyOnWriteArrayList<>();
    
        static {
            setHotKey("hu1","1");
            setHotKey("hu2","2");
        }
    
        public static void setHotKey(String key,String value){
            hotKeyMap.put(key,value);
            hotKeyList.add(key);
        }
    
        public static void updateHotKey(String key,String value){
            hotKeyMap.put(key,value);
        }
    
        public static String getHotValue(String key){
            return hotKeyMap.get(key);
        }
    
        public static void removeHotKey(String key){
            hotKeyMap.remove(key);
        }
    
        public static boolean containKey(String key){
            return hotKeyList.contains(key);
        }
    }

其实用Redis的事件通知机制挺不好的，因为只要开启了事件通知，那么每个Key的变化都会发消息，这样也会平白无故的加重Redis服务器的负担。当然我只是简单的演示一下，除了这种通知方案以外还有很多种方法。

### 备份热点Key ###

这个方案说起来其实也很简单，就是不要让key走到一台机器上就行，但是我们知道在Redis集群中包含了`16384`个哈希槽(Hash slot)，集群使用公式`CRC16(key) % 16384`来计算Key属于哪个槽。那么同一个Key计算出来的值应该都是一样的，如何将Key分到其他机器上呢？只要再后面加上随机数就行了，这样就能保证同一个Key分布在不同机器上，在访问的时候通过Key+随机数的方式进行访问。

伪代码如下

const M = N * 2
    //生成随机数
    random = GenRandom(0, M)
    //构造备份新key
    bakHotKey = hotKey + “_” + random
    data = redis.GET(bakHotKey)
    if data == NULL {
         //从数据库中取数据
        data = GetFromDB()
        //存放在Redis中，以便下次能取到
        redis.SET(bakHotKey, expireTime + GenRandom(0,5))
    }

**写在最后**

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