高并发技巧-redis热key问题处理技巧

Posted 2022-10-31

热key问题，简单来说就是对某一资源的访问量过高问题，再简单一点来说就是对某个资源访问的qps过高，而解决访问量高的问题通常我们使用分布式缓存，最常见的就是redis，这个资源对应redis的一个key简称热key。热key在开发中是非常常见的，比如各种app的榜单，活动页面上的一些资源。

虽然redis号称单节点能扛住10Wqps，但是开发中肯定不能这样去估计，毕竟安全第一，比如5000似乎就可能就可以作为上限。如果超过5000该怎么处理呢？下面将提供几种常见的解决方案。

冗余写/随机读

假设在做活动，活动总金额为amount，用户每次完成任务会得到一笔奖金，每天结算一次，在页面会展示剩余金额​​restAmount​​。我们将剩余金额存到redis中，​​key: pool, value: restAmount​​

由于每天统一结算，所以写的qps不会很高，毕竟我们能自己控制流量，比如用户完成后发个延迟结算消息到mq，然后由消费者来处理计算剩余金额最后更新到redis中。

但是在页面的读的qps是很高的。显然奖池​​pool​​就是个热key。

既然单节点扛不住，那么显然可以将数据写到N个节点上，也就是将奖池存到多个节点，在页面读取的时候随机选一个节点去读。假如有10W的qps，N=10，那么每个节点的流量就成了1W的qps。

大key问题与分shard处理

上门介绍的奖池问题显然不是大key问题，工作中常见的大key问题通常涉及到批量用户存储在set或者map中。举个不恰当的例子（之所以说不恰当是因为大量数据判存完全可以使用布隆过滤器）。假如同时存在若干个活动，对于每个活动，如果用户完成了，需要记录下用户完成情况，在后续页面进行对应的完成情况展示。这里可以使用map来处理，​​key:activityId, value:field:userId, value:完成情况​​

那么这显然是一个大key问题，同时也是个热点问题。但是用上面介绍的办法能解决热key问题，解决不了大key问题。

解决这个问题其实也可以采用分而治之的思路，就是将大key拆分为若干小key，并且尽量让若干小key存在不同的redis节点中。

比如对于一个活动id我可以分为10个shard，​​shard_1,...,shard_10​​,使用userId%10得到归属的shard。

这样每次判断取出用户完成情况，就先找到对应活动的shard然后拿出该用户即可。如果要拿出活动下的所有用户来做榜单，则只需要将所有shard都拿出来排序即可；

由于不同的shard在不同的redis节点，这样就又解决了热点问题。

本地缓存

如果条件允许的话，也就是本地缓存够用，或者说数据量不是很大，同时能够接受一定的延迟的话，那么可以直接使用本地缓存。这里就以guava的LoadingCache为例。

以奖池的例子来说，数据量小的忽略不计，因为结算时同一结算并更新奖池，也就是说一天中23个多小时数据都不会变，变动的时间也很短，所以我们可以接受一定的延迟，只要记得讲本地缓存过期时间设置短一点，比如10分钟。

此外需要有个地方供过期后的本地缓存读取，可以使用db或者redis，这样每次更新数据的时候就得更新db或者redis。为了防止击穿，记得使用load-miss方法。

LoadingCache<String, String> cache = CacheBuilder.newBuilder()
                .maximumSize(1000L)
                .expireAfterAccess(Duration.ofSeconds(600L))
                .expireAfterWrite(Duration.ofSeconds(600L))
                .build(new CacheLoader<String, String>() 
                    @Override
                    public String load(String key) throws Exception 
                        // load from db
                    
                );
String restAmount = cache.get("pool");

使用Memcached

这在公司基础架构用的会更多一点，为什么可以使用memcached，看下面两段话的介绍就知道了.

1. Redis是单线程请求，所有命令串行执行，并发情况下不需要考虑数据一致性问题；性能受限于CPU，单实例QPS在4-6w。Memcached是多线程，可以利用多核优势，单实例在正常情况下，可以达到写入60-80w qps，读80-100w qps。
2. Redis的big key与热key类操作，如果qps较高则容易造成redis阻塞，影响整体请求。Memcached因为是多线程，与redis相比，在big key与热key类操作上支持较好。