Redis常见延迟问题排查手册！附33条优化建议

Posted 2023-04-18

参考技术A

Redis作为内存数据库，拥有非常高的性能，单个实例的QPS能够达到10W左右。但我们在使用Redis时，经常时不时会出现访问延迟很大的情况，如果你不知道Redis的内部实现原理，在排查问题时就会一头雾水。

很多时候，Redis出现访问延迟变大，都与我们的使用不当或运维不合理导致的。

下面我们就来分析一下Redis在使用过程中，经常会遇到的延迟问题以及如何定位和分析。

如果在使用Redis时，发现访问延迟突然增大，如何进行排查？

首先，第一步，建议你去查看一下Redis的慢日志。Redis提供了慢日志命令的统计功能，我们通过以下设置，就可以查看有哪些命令在执行时延迟比较大。

首先设置Redis的慢日志阈值，只有超过阈值的命令才会被记录，这里的单位是微妙，例如设置慢日志的阈值为5毫秒，同时设置只保留最近1000条慢日志记录：

# 命令执行超过5毫秒记录慢日志

CONFIG SET slowlog-log-slower-than 5000

# 只保留最近1000条慢日志

CONFIG SET slowlog-max-len 1000

设置完成之后，所有执行的命令如果延迟大于5毫秒，都会被Redis记录下来，我们执行SLOWLOG get 5查询最近5条慢日志：

127.0.0.1:6379> SLOWLOG get 5

1) 1) (integer) 32693 # 慢日志ID

2) (integer) 1593763337 # 执行时间

3) (integer) 5299 # 执行耗时(微妙)

4) 1) \'LRANGE\' # 具体执行的命令和参数

2) \'user_list_2000\'

3) \'0\'

4) \'-1\'

2) 1) (integer) 32692

2) (integer) 1593763337

3) (integer) 5044

4) 1) \'GET\'

2) \'book_price_1000\'

...

通过查看慢日志记录，我们就可以知道在什么时间执行哪些命令比较耗时， 如果你的业务经常使用O(n)以上复杂度的命令， 例如sort、sunion、zunionstore，或者在执行O(n)命令时操作的数据量比较大，这些情况下Redis处理数据时就会很耗时。

如果你的服务请求量并不大，但Redis实例的CPU使用率很高，很有可能是使用了复杂度高的命令导致的。

解决方案就是，不使用这些复杂度较高的命令，并且一次不要获取太多的数据，每次尽量操作少量的数据，让Redis可以及时处理返回。

如果查询慢日志发现，并不是复杂度较高的命令导致的，例如都是SET、DELETE操作出现在慢日志记录中，那么你就要怀疑是否存在Redis写入了大key的情况。

Redis在写入数据时，需要为新的数据分配内存，当从Redis中删除数据时，它会释放对应的内存空间。

如果一个key写入的数据非常大，Redis 在分配内存时也会比较耗时。 同样的，当删除这个key的数据时， 释放内存也会耗时比较久。

你需要检查你的业务代码，是否存在写入大key的情况，需要评估写入数据量的大小，业务层应该避免一个key存入过大的数据量。

那么有没有什么办法可以扫描现在Redis中是否存在大key的数据吗？

Redis也提供了扫描大key的方法：

redis-cli -h $host -p $port --bigkeys -i 0.01

使用上面的命令就可以扫描出整个实例key大小的分布情况，它是以类型维度来展示的。

需要注意的是当我们在线上实例进行大key扫描时，Redis的QPS会突增，为了降低扫描过程中对Redis的影响，我们需要控制扫描的频率，使用-i参数控制即可，它表示扫描过程中每次扫描的时间间隔，单位是秒。

使用这个命令的原理，其实就是Redis在内部执行scan命令，遍历所有key，然后针对不同类型的key执行strlen、llen、hlen、scard、zcard来获取字符串的长度以及容器类型(list/dict/set/zset)的元素个数。

而对于容器类型的key，只能扫描出元素最多的key，但元素最多的key不一定占用内存最多，这一点需要我们注意下。不过使用这个命令一般我们是可以对整个实例中key的分布情况有比较清晰的了解。

针对大key的问题，Redis官方在4.0版本推出了lazy-free的机制，用于异步释放大key的内存，降低对Redis性能的影响。即使这样，我们也不建议使用大key，大key在集群的迁移过程中，也会影响到迁移的性能，这个后面在介绍集群相关的文章时，会再详细介绍到。

有时你会发现，平时在使用Redis时没有延时比较大的情况，但在某个时间点突然出现一波延时，而且 报慢的时间点很有规律，例如某个整点，或者间隔多久就会发生一次。

如果出现这种情况，就需要考虑是否存在大量key集中过期的情况。

如果有大量的key在某个固定时间点集中过期，在这个时间点访问Redis时，就有可能导致延迟增加。

Redis的过期策略采用主动过期+懒惰过期两种策略：

注意， Redis的主动过期的定时任务，也是在Redis主线程中执行的 ，也就是说如果在执行主动过期的过程中，出现了需要大量删除过期key的情况，那么在业务访问时，必须等这个过期任务执行结束，才可以处理业务请求。此时就会出现，业务访问延时增大的问题，最大延迟为25毫秒。

而且这个访问延迟的情况， 不会记录在慢日志里。 慢日志中 只记录真正执行某个命令的耗时 ，Redis主动过期策略执行在操作命令之前，如果操作命令耗时达不到慢日志阈值，它是不会计算在慢日志统计中的，但我们的业务却感到了延迟增大。

此时你需要检查你的业务，是否真的存在集中过期的代码，一般集中过期使用的命令是expireat或pexpireat命令，在代码中搜索这个关键字就可以了。

如果你的业务确实需要集中过期掉某些key，又不想导致Redis发生抖动，有什么优化方案？

解决方案是， 在集中过期时增加一个随机时间，把这些需要过期的key的时间打散即可。

伪代码可以这么写：

# 在过期时间点之后的5分钟内随机过期掉

redis.expireat(key, expire_time + random(300))

这样Redis在处理过期时，不会因为集中删除key导致压力过大，阻塞主线程。

另外，除了业务使用需要注意此问题之外，还可以通过运维手段来及时发现这种情况。

我们需要对这个指标监控，当在 很短时间内这个指标出现突增 时，需要及时报警出来，然后与业务报慢的时间点对比分析，确认时间是否一致，如果一致，则可以认为确实是因为这个原因导致的延迟增大。

有时我们把Redis当做纯缓存使用，就会给实例设置一个内存上限maxmemory，然后开启LRU淘汰策略。

当实例的内存达到了maxmemory后，你会发现之后的每次写入新的数据，有可能变慢了。

导致变慢的原因是，当Redis内存达到maxmemory后，每次写入新的数据之前，必须先踢出一部分数据，让内存维持在maxmemory之下。

这个踢出旧数据的逻辑也是需要消耗时间的，而具体耗时的长短，要取决于配置的淘汰策略：

具体使用哪种策略，需要根据业务场景来决定。

我们最常使用的一般是allkeys-lru或volatile-lru策略，它们的处理逻辑是，每次从实例中随机取出一批key（可配置），然后淘汰一个最少访问的key，之后把剩下的key暂存到一个池子中，继续随机取出一批key，并与之前池子中的key比较，再淘汰一个最少访问的key。以此循环，直到内存降到maxmemory之下。

如果使用的是allkeys-random或volatile-random策略，那么就会快很多，因为是随机淘汰，那么就少了比较key访问频率时间的消耗了，随机拿出一批key后直接淘汰即可，因此这个策略要比上面的LRU策略执行快一些。

但以上这些逻辑都是在访问Redis时，真正命令执行之前执行的，也就是它会影响我们访问Redis时执行的命令。

另外，如果此时Redis实例中有存储大key，那么在淘汰大key释放内存时，这个耗时会更加久，延迟更大，这需要我们格外注意。

如果你的业务访问量非常大，并且必须设置maxmemory限制实例的内存上限，同时面临淘汰key导致延迟增大的的情况，要想缓解这种情况，除了上面说的避免存储大key、使用随机淘汰策略之外，也可以考虑拆分实例的方法来缓解，拆分实例可以把一个实例淘汰key的压力分摊到多个实例上，可以在一定程度降低延迟。

如果你的Redis开启了自动生成RDB和AOF重写功能，那么有可能在后台生成RDB和AOF重写时导致Redis的访问延迟增大，而等这些任务执行完毕后，延迟情况消失。

遇到这种情况，一般就是执行生成RDB和AOF重写任务导致的。

生成RDB和AOF都需要父进程fork出一个子进程进行数据的持久化，在fork执行过程中，父进程需要拷贝内存页表给子进程，如果整个实例内存占用很大，那么需要拷贝的内存页表会比较耗时，此过程会消耗大量的CPU资源，在完成fork之前，整个实例会被阻塞住，无法处理任何请求，如果此时CPU资源紧张，那么fork的时间会更长，甚至达到秒级。这会严重影响Redis的性能。

具体原理也可以参考我之前写的文章：Redis持久化是如何做的？RDB和AOF对比分析。

我们可以执行info命令，查看最后一次fork执行的耗时latest_fork_usec，单位微妙。这个时间就是整个实例阻塞无法处理请求的时间。

除了因为备份的原因生成RDB之外，在 主从节点第一次建立数据同步时 ，主节点也会生成RDB文件给从节点进行一次全量同步，这时也会对Redis产生性能影响。

要想避免这种情况，我们需要规划好数据备份的周期，建议 在从节点上执行备份，而且最好放在低峰期执行。 如果对于丢失数据不敏感的业务，那么不建议开启AOF和AOF重写功能。

另外，fork的耗时也与系统有关，如果把Redis部署在虚拟机上，那么这个时间也会增大。所以使用Redis时建议部署在物理机上，降低fork的影响。

很多时候，我们在部署服务时，为了提高性能，降低程序在使用多个CPU时上下文切换的性能损耗，一般会采用进程绑定CPU的操作。

但在使用Redis时，我们不建议这么干，原因如下。

绑定CPU的Redis，在进行数据持久化时，fork出的子进程，子进程会继承父进程的CPU使用偏好，而此时子进程会消耗大量的CPU资源进行数据持久化，子进程会与主进程发生CPU争抢，这也会导致主进程的CPU资源不足访问延迟增大。

所以在部署Redis进程时，如果需要开启RDB和AOF重写机制，一定不能进行CPU绑定操作！

上面提到了，当执行AOF文件重写时会因为fork执行耗时导致Redis延迟增大，除了这个之外，如果开启AOF机制，设置的策略不合理，也会导致性能问题。

开启AOF后，Redis会把写入的命令实时写入到文件中，但写入文件的过程是先写入内存，等内存中的数据超过一定阈值或达到一定时间后，内存中的内容才会被真正写入到磁盘中。

AOF为了保证文件写入磁盘的安全性，提供了3种刷盘机制：

当使用第一种机制appendfsync always时，Redis每处理一次写命令，都会把这个命令写入磁盘，而且 这个操作是在主线程中执行的。

内存中的的数据写入磁盘，这个会加重磁盘的IO负担，操作磁盘成本要比操作内存的代价大得多。如果写入量很大，那么每次更新都会写入磁盘，此时机器的磁盘IO就会非常高，拖慢Redis的性能，因此我们不建议使用这种机制。

与第一种机制对比，appendfsync everysec会每隔1秒刷盘，而appendfsync no取决于操作系统的刷盘时间，安全性不高。因此我们推荐使用appendfsync everysec这种方式，在最坏的情况下，只会丢失1秒的数据，但它能保持较好的访问性能。

当然，对于有些业务场景，对丢失数据并不敏感，也可以不开启AOF。

如果你发现Redis突然变得非常慢， 每次访问的耗时都达到了几百毫秒甚至秒级 ，那此时就检查Redis是否使用到了Swap，这种情况下Redis基本上已经无法提供高性能的服务。

我们知道，操作系统提供了Swap机制，目的是为了当内存不足时，可以把一部分内存中的数据换到磁盘上，以达到对内存使用的缓冲。

但当内存中的数据被换到磁盘上后，访问这些数据就需要从磁盘中读取，这个速度要比内存慢太多！

尤其是针对Redis这种高性能的内存数据库来说，如果Redis中的内存被换到磁盘上，对于Redis这种性能极其敏感的数据库，这个操作时间是无法接受的。

我们需要检查机器的内存使用情况，确认是否确实是因为内存不足导致使用到了Swap。

如果确实使用到了Swap，要及时整理内存空间，释放出足够的内存供Redis使用，然后释放Redis的Swap，让Redis重新使用内存。

释放Redis的Swap过程通常要重启实例，为了避免重启实例对业务的影响，一般先进行主从切换，然后释放旧主节点的Swap，重新启动服务，待数据同步完成后，再切换回主节点即可。

可见，当Redis使用到Swap后，此时的Redis的高性能基本被废掉，所以我们需要提前预防这种情况。

我们需要对Redis机器的内存和Swap使用情况进行监控，在内存不足和使用到Swap时及时报警出来，及时进行相应的处理。

如果以上产生性能问题的场景，你都规避掉了，而且Redis也稳定运行了很长时间，但在某个时间点之后开始，访问Redis开始变慢了，而且一直持续到现在，这种情况是什么原因导致的？

之前我们就遇到这种问题， 特点就是从某个时间点之后就开始变慢，并且一直持续。 这时你需要检查一下机器的网卡流量，是否存在网卡流量被跑满的情况。

网卡负载过高，在网络层和TCP层就会出现数据发送延迟、数据丢包等情况。Redis的高性能除了内存之外，就在于网络IO，请求量突增会导致网卡负载变高。

如果出现这种情况，你需要排查这个机器上的哪个Redis实例的流量过大占满了网络带宽，然后确认流量突增是否属于业务正常情况，如果属于那就需要及时扩容或迁移实例，避免这个机器的其他实例受到影响。

运维层面，我们需要对机器的各项指标增加监控，包括网络流量，在达到阈值时提前报警，及时与业务确认并扩容。

以上我们总结了Redis中常见的可能导致延迟增大甚至阻塞的场景，这其中既涉及到了业务的使用问题，也涉及到Redis的运维问题。

可见，要想保证Redis高性能的运行，其中涉及到CPU、内存、网络，甚至磁盘的方方面面，其中还包括操作系统的相关特性的使用。

作为开发人员，我们需要了解Redis的运行机制，例如各个命令的执行时间复杂度、数据过期策略、数据淘汰策略等，使用合理的命令，并结合业务场景进行优化。

作为DBA运维人员，需要了解数据持久化、操作系统fork原理、Swap机制等，并对Redis的容量进行合理规划，预留足够的机器资源，对机器做好完善的监控，才能保证Redis的稳定运行。

在上文中，主要讲解了 Redis 常见的导致变慢的场景以及问题定位和分析，主要是由业务使用不合理和运维不当导致的。

scrapy_redis去重优化（已有7亿条数据），附Demo福利

背景：

前些天接手了上一位同事的爬虫，一个全网爬虫，用的是scrapy+redis分布式，任务调度用的scrapy_redis模块。

大家应该知道scrapy是默认开启了去重的，用了scrapy_redis后去重队列放在redis里面。我接手过来的时候爬虫已经有7亿多条URL的去重数据了，再加上一千多万条requests的种子，redis占用了一百六十多G的内存（服务器，Centos7），总共才一百七十五G好么。去重占用了大部分的内存，不优化还能跑？

一言不合就用Bloomfilter+Redis优化了一下，内存占用立马降回到了二十多G，保证漏失概率小于万分之一的情况下可以容纳50亿条URL的去重，效果还是很不错的！在此记录一下，最后附上Scrapy+Redis+Bloomfilter去重的Demo（可将去重队列和种子队列分开！），希望对使用scrapy框架的朋友有所帮助。

接下来还会对种子队列进行优化，详见：《scrapy_redis种子优化》。

记录：

我们要优化的是去重，首先剥丝抽茧查看框架内部是如何去重的。

• 因为scrapy_redis会用自己scheduler替代scrapy框架的scheduler进行任务调度，所以直接去scrapy_redis模块下查看scheduler.py源码即可。
• 在open()方法中有句self.df = RFPDupeFilter(...)，可见去重应该是用了RFPDupeFilter这个类；再看下面的enqueue_request()方法，里面有句if not request.dont_filter and self.df.request_seen(request):return，看来self.df.request_seen()这就是用来去重的了。
• 按住Ctrl再左键点击request_seen查看它的代码，可看到下面的代码：

def request_seen(self, request):
    fp = request_fingerprint(request)
    added = self.server.sadd(self.key, fp)
    return not added

• 可见scrapy_redis是利用set数据结构来去重的，去重的对象是request的fingerprint。至于这个fingerprint到底是什么，可以再深入去看request_fingerprint()方法的源码（其实就是用hashlib.sha1()对request对象的某些字段信息进行压缩）。我们用调试也可以看到，其实fp就是request对象加密压缩后的一个字符串（40个字符，0~f）。

是否可用Bloomfilter进行优化？
以上步骤可以看出，我们只要在这个request_seen()方法上面动些手脚即可。由于现有的七亿多去重数据存的都是这个fingerprint，所有Bloomfilter去重的对象仍然是request对象的fingerprint。更改后的代码如下：

    def request_seen(self, request):
        fp = request_fingerprint(request)
        if self.bf.isContains(fp):    # 如果已经存在
            return True
        else:
            self.bf.insert(fp)
            return False

self.bf是类Bloomfilter()的实例化，关于这个Bloomfilter()类，详见《基于Redis的Bloomfilter去重（附Python代码）》。

以上，优化的思路和代码就是这样；以下将已有的七亿多的去重数据转成Bloomfilter去重。

• 内存将爆，动作稍微大点机器就能死掉，更别说Bloomfilter在上面申请内存了。当务之急肯定是将那七亿多个fingerprint导出到硬盘上，而且不能用本机导，并且先要将redis的自动持久化给关掉。
• 因为常用Mongo，所以习惯性首先想到Mongodb，从redis取出2000条再一次性插入Mongo，但速度还是不乐观，瓶颈在于MongoDB。（猜测是MongoDB对_id的去重导致的，也可能是物理硬件的限制）
• 后来想用SSDB，因为SSDB和Redis很相似，用list存肯定速度快很多。然而SSDB唯独不支持Centos7，其他版本的系统都可。。
• 最后才想起来用txt，这个最傻的方法，却是非常有效的方法。速度很快，只是为了防止读取时内存不足，每100万个fingerprint存在了一个txt，四台机器txt总共有七百个左右。
• fingerprint取出来后redis只剩下一千多万的Request种子，占用内存9G+。然后用Bloomfilter将txt中的fingerprint写回Redis，写完以后Redis占用内存25G，开启redis自动持久化后内存占用49G左右。

福利福利：

献上Demo一个，链接：使用Bloomfilter去重的scrapy_redis。

Demo功能：启动spider1（或spider2），start_urls中有10条URL，其中4条是重复的，可以看到 parse1() 只处理了去重后的6条URL。

Demo去重功能的迁移：

• 将BloomfilterOnRedis_Demo目录下的 scrapy_redis 文件夹拷贝到你项目中settings.py的同级目录，在settings.py中增加几个字段：

FILTER_URL = None
FILTER_HOST = 'localhost'
FILTER_PORT = 6379
FILTER_DB = 0
# REDIS_QUEUE_NAME = 'OneName'   # 如果不设置或者设置为None，则使用默认的，每个spider使用不同的去重队列和种子队列。如果设置了，则不同spider共用去重队列和种子队列

"""
    这是去重队列的Redis信息。
    原先的REDIS_HOST、REDIS_PORT只负责种子队列；由此种子队列和去重队列可以分布在不同的机器上。
"""

• 以上两个步骤即可实现BloomfilterOnRedis去重。（注意import scrapy_redis要改成import 项目名.scrapy_redis，即导入这个新的scrapy_redis，不要导错了！）
• 特别说明一下REDIS_QUEUE_NAME这个字段。刚才放在demo里面的有spider1和spider2，分别启动一下两个爬虫，可以看到两个爬虫的去重队列和种子队列的名字是不一样的，即不是共用一个去重队列和种子队列的。如果项目需要，不同spider也要使用同一个去重队列和种子队列，则将这个REDIS_QUEUE_NAME设置成你想要的名字，此时同一个项目下的不同爬虫也会使用同一个去重队列和种子队列。
• 如果待去重的数据量比较大，需要修改scrapy_redis/dupefilter.py中第14行的blockNum值，默认blockNum=1。Bloomfilter算法是有漏失概率的（即不存在的会误判为存在），在保证漏失率小于万分之一的情况下，一个blockNum可满足7千万条数据的去重，一个blockNum占用256M内存（注意Linux如果开了自动持久化，redis占用内存会加倍）。

转载请注明出处，谢谢！（原文链接：http://blog.csdn.net/bone_ace/article/details/53099042）