Redis 热点问题发现及通用解决方案

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每当我们拥有一个拥有大量用户的数据库时，遇到数据库中的热点并不罕见。对于Redis，频繁访问分区中的相同Key称为热点。在本文中，我们将讨论热点的常见原因，评估此问题的影响，并提出有效的解决方案来处理热点。

热点的常见原因

原因1：用户消费数据的大小远远大于生产数据的大小，包括热门项目，热门新闻，热门评论和名人直播。

在你的日常工作和生活中出现意外事件，例如：当天降价和促销某些热门商品，当其中一件物品被浏览或购买数万次时，需求会更大，并且这种情况会导致热点问题。

同样，它已经被大量的热门新闻，热门评论，明星直播等发布和观看，这些典型的无读写场景也产生了热点问题。

原因2：请求切片数超过单个服务器的性能阈值。

在服务器上访问一条数据时，通常会对数据进行拆分或切片。在此过程中，将在服务器上访问相应的Key。当访问流量超过服务器的性能阈值时，会出现热键问题。

热点问题的影响

• 流量集中，达到物理网络适配器的上限。

• 请求排队太多，导致缓存的分片服务崩溃。

• 数据库过载，导致服务雪崩。

如前所述，当服务器上的热点请求数超过服务器上网络适配器的上限时，由于流量过度集中，服务器停止提供其他服务。

如果热点的分布过于密集，则会缓存大量热点，从而耗尽缓存容量并导致缓存的分片服务崩溃。

缓存服务崩溃后，新生成的请求将缓存在后台数据库中。由于该数据库性能不佳，很容易因大量请求而耗尽，导致服务雪崩和性能大幅下降。

推荐解决方案

提高性能的常见解决方案是通过服务器或客户端上重建。

Server缓存解决方案

客户端将请求发送到服务器。假定服务器是多线程服务，则可以使用基于高速缓存LRU策略的本地高速缓存空间。

当服务器变得拥挤时，它直接将请求转发回来而不是将它们转发到数据库。只有在稍后清除拥塞之后，服务器才会将请求从客户端发送到数据库并将数据重新写入缓存。

访问并重建缓存。

但是，该程序还存在以下问题：

• 缓存失败时缓存多线程服务的构建问题

• 缓存丢失时缓存构建问题

• 脏读问题

“MemCache + Redis”解决方案

在此解决方案中，在客户端上部署单独的缓存以解决热点问题。

采用此解决方案时，客户端首先访问服务层，然后访问同一主机上的缓存层。

该解决方案具有以下优势：就近访问，高速和零带宽限制。但是，它也有以下缺点：

• 浪费了内存资源

• 脏读问题

本地缓存解决方案

使用本地缓存会产生以下问题：

• 必须提前检测热点。

• 缓存容量有限。

• 不一致的持续时间很长。

• 热点不完整。

如果传统的热点解决方案都有缺陷，那么如何解决热点问题呢？

读/写拆分解决方案

该解决方案解决了热点读取问题。以下描述了体系结构中不同节点的功能：

• 负载平衡在SLB层实现。

• 在代理层实现读/写分离和自动路由。

• 写请求由主节点处理。

• 读取请求由只读节点处理。

• HA在从节点和主节点上实现。

实际上，客户端向SLB发送请求，SLB将这些请求分发给多个代理。然后，代理识别并分类请求并进一步分发它们。

例如，代理将所有写请求发送到主节点，并将所有读请求发送到只读节点。

但是模块中的只读节点可以进一步扩展，从而有效地解决了热点读取的问题。

读写分离还具有灵活扩容读取热点的能力，可以存储大量热点关键，客户端友好等优点。

热点数据解决方案

在此解决方案中，发现并存储热点以解决热点问题。

具体来说，客户端访问SLB并通过SLB将请求分发给代理。然后，代理通过路由将请求转发到后台Redis。

此外，还在服务器上添加了缓存。

具体而言，将本地缓存添加到代理。此缓存使用LRU算法来缓存热点数据。此外，将热点数据计算模块添加到后台数据库节点以返回热点数据。

代理架构的主要优点是：

• 代理在本地缓存热点数据，其读取能力可水平扩展。

• 数据库节点定期计算热点数据集。

• 数据库将热点数据反馈给代理。

• 代理体系结构对客户端是完全透明的，因此不必增加兼容性。

处理热点

读取热点数据

热点处理分为两个部分：写入和读取。在数据写入期间，SLB接收数据K1并通过代理将其写入 Redis 数据库。

如果K1在后台热点模块进行计算后成为热点，则代理会缓存热点。通过这种方式，客户端可以在下次绕过Redis时直接访问K1。

最后，因为代理可以水平扩展，所以热点数据的可访问性也可以无限增强。

发现热点数据

在发现期间，数据库首先计算在一个周期中发生的请求。当请求数达到阈值时，数据库将找到热点并将其存储在LRU列表中。当客户端通过向代理发送请求来尝试访问数据时，Redis会进入反馈阶段并在发现目标访问点是热点时标记数据。

数据库使用以下方法计算热点：

• 基于统计阈值的热点统计。

• 基于统计周期的热点统计。

• 基于版本号的统计信息收集方法，在使用时不需要重置初始值。

• 计算数据库上的热点具有最小的性能影响和轻量级内存占用。

解决方案的比较

从前面的分析可以看出，在解决热点问题时，这两种解决方案都是传统解决方案的改进。此外，读/写分离和热点数据解决方案都支持灵活的容量扩展，并且对客户端是透明的，尽管它们无法确保100％的数据一致性。

读/写分离解决方案支持存储大型热点数据卷，而基于代理的热点数据解决方案更具成本效益。

参考链接：

https：//www.alibabacloud.com/blog/redis-hotspot-key-discovery-and-common-solutions_594446?spm=a2c41.12559851.0.0

https://medium.com/@Alibaba_Cloud/redis-hotspot-key-discovery-and-common-solutions-95474d27e0f8