談談redis的熱key問題如何解決

引言

講了幾天的資料庫系列的文章，大家一定看煩了，其實還沒講完。。。(以下省略一萬字)。
今天我們換換口味，來寫redis方面的內容，談談熱key問題如何解決。
其實熱key問題說來也很簡單，就是瞬間有幾十萬的請求去訪問redis上某個固定的key，從而壓垮快取服務的情情況。
其實生活中也是有不少這樣的例子。比如XX明星結婚。那麼關於XX明星的Key就會瞬間增大，就會出現熱資料問題。
ps:hot key和big key問題，大家一定要有所瞭解。
本文預計分為如下幾個部分

• 熱key問題

• 如何發現
• 業內方案

正文

熱Key問題

上面提到，所謂熱key問題就是，突然有幾十萬的請求去訪問redis上的某個特定key。那麼，這樣會造成流量過於集中，達到物理網絡卡上限，從而導致這臺redis的伺服器宕機。
那接下來這個key的請求，就會直接懟到你的資料庫上，導致你的服務不可用。

怎麼發現熱key

方法一:憑藉業務經驗，進行預估哪些是熱key
其實這個方法還是挺有可行性的。比如某商品在做秒殺，那這個商品的key就可以判斷出是熱key。缺點很明顯，並非所有業務都能預估出哪些key是熱key。
方法二:在客戶端進行收集
這個方式就是在操作redis之前，加入一行程式碼進行資料統計。那麼這個資料統計的方式有很多種，也可以是給外部的通訊系統傳送一個通知資訊。缺點就是對客戶端程式碼造成入侵。
方法三:在Proxy層做收集
有些叢集架構是下麵這樣的，Proxy可以是Twemproxy，是統一的入口。可以在Proxy層做收集上報，但是缺點很明顯，並非所有的redis叢集架構都有proxy。

方法四:用redis自帶命令
(1)monitor命令，該命令可以實時抓取出redis伺服器接收到的命令，然後寫程式碼統計出熱key是啥。當然，也有現成的分析工具可以給你使用，比如redis-faina。但是該命令在高併發的條件下，有記憶體增暴增的隱患，還會降低redis的效能。
(2)hotkeys引數，redis 4.0.3提供了redis-cli的熱點key發現功能，執行redis-cli時加上–hotkeys選項即可。但是該引數在執行的時候，如果key比較多，執行起來比較慢。
方法五:自己抓包評估
Redis客戶端使用TCP協議與服務端進行互動，通訊協議採用的是RESP。自己寫程式監聽埠，按照RESP協議規則解析資料，進行分析。缺點就是開發成本高，維護困難，有丟包可能性。

以上五種方案，各有優缺點。根據自己業務場景進行抉擇即可。那麼發現熱key後，如何解決呢？

如何解決

目前業內的方案有兩種
(1)利用二級快取
比如利用ehcache，或者一個HashMap都可以。在你發現熱key以後，把熱key載入到系統的JVM中。
針對這種熱key請求，會直接從jvm中取，而不會走到redis層。
假設此時有十萬個針對同一個key的請求過來,如果沒有本地快取，這十萬個請求就直接懟到同一臺redis上了。
現在假設，你的應用層有50臺機器，OK，你也有jvm快取了。這十萬個請求平均分散開來，每個機器有2000個請求，會從JVM中取到value值，然後傳回資料。避免了十萬個請求懟到同一臺redis上的情形。
(2)備份熱key
這個方案也很簡單。不要讓key走到同一臺redis上不就行了。我們把這個key，在多個redis上都存一份不就好了。接下來，有熱key請求進來的時候，我們就在有備份的redis上隨機選取一臺，進行訪問取值，傳回資料。
假設redis的叢集數量為N，步驟如下圖所示

const M = N * 2
//生成隨機數
random = GenRandom(0, M)
//構造備份新key
bakHotKey = hotKey + “_” + random
data = redis.GET(bakHotKey)
if data == NULL {
    data = GetFromDB()
    redis.SET(bakHotKey, expireTime + GenRandom(0,5))
}

業內方案

OK，其實看完上面的內容，大家可能會有一個疑問。

煙哥，有辦法在專案執行過程中，自動發現熱key，然後程式自動處理麼？

嗯，好問題，那我們來講講業內怎麼做的。其實只有兩步
(1)監控熱key
(2)通知系統做處理
正巧，前幾天有贊出了一篇《有贊透明多級快取解決方案（TMC）》，裡頭也有提到熱點key問題，我們剛好藉此說明
(1)監控熱key
在監控熱key方面，有贊用的是方式二：在客戶端進行收集。
在《有贊透明多級快取解決方案（TMC）》中有一句話提到

TMC 對原生jedis包的JedisPool和Jedis類做了改造，在JedisPool初始化過程中整合TMC“熱點發現”+“本地快取”功能Hermes-SDK包的初始化邏輯。

也就說人家改寫了jedis原生的jar包，加入了Hermes-SDK包。
那Hermes-SDK包用來幹嘛？
OK，就是做熱點發現和本地快取。
從監控的角度看，該包對於Jedis-Client的每次key值訪問請求，Hermes-SDK 都會透過其通訊模組將key訪問事件非同步上報給Hermes服務端叢集，以便其根據上報資料進行“熱點探測”。

當然，這隻是其中一種方式，有的公司在監控方面用的是方式五:自己抓包評估
具體是這麼做的，先利用flink搭建一套流式計算系統。然後自己寫一個抓包程式抓redis監聽埠的資料，抓到資料後往kafka裡丟。
接下來，流式計算系統消費kafka裡的資料，進行資料統計即可，也能達到監控熱key的目的。

(2)通知系統做處理
在這個角度，有贊用的是上面的解決方案一:利用二級快取進行處理。
有贊在監控到熱key後，Hermes服務端叢集會透過各種手段通知各業務系統裡的Hermes-SDK，告訴他們:”老弟，這個key是熱key，記得做本地快取。”
於是Hermes-SDK就會將該key快取在本地，對於後面的請求。Hermes-SDK發現這個是一個熱key，直接從本地中拿，而不會去訪問叢集。

除了這種通知方式以外。我們也可以這麼做，比如你的流式計算系統監控到熱key了，往zookeeper裡頭的某個節點裡寫。然後你的業務系統監聽該節點，發現節點資料變化了，就代表發現熱key。最後往本地快取裡寫，也是可以的。

通知方式各種各樣，大家可以自由發揮。本文只是提供一個思路。

總結

希望透過本文，大家明白如何處理生產上遇到的熱key問題。