? ? ? ? 在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過這樣的情況，本來Redis運(yùn)行的好好的，響應(yīng)也挺正常，但突然就變慢了，響應(yīng)時(shí)間增加了，這不僅會(huì)影響用戶體驗(yàn)，還會(huì)牽連其他系統(tǒng)。

? ? ? ? 那如何排查Redis變慢的情況呢？首先有個(gè)問題需要確定，就是確定Redis是否真的變慢了。

Redis基線性能

? ? ? ? 要判斷Redis是否變慢了，一個(gè)最直接的方法就是查看Redis的響應(yīng)時(shí)間。

? ? ? ? 大部分情況下，Redis的延遲很低，但是在某些情況下，Redis會(huì)出現(xiàn)很高的延遲，可能會(huì)達(dá)到幾秒甚至更長，不過持續(xù)的時(shí)間又不長，這到底是怎么情況呢？如果出現(xiàn)了響應(yīng)延遲到秒級別就可以確定Redis變慢了。

? ? ? ? 首先需要先確定Redis的延遲絕對值，但是在不同運(yùn)行環(huán)境下，Redis的絕對性能是不同的。所以就需要當(dāng)前環(huán)境的基線性能，所謂基線性能，就是一個(gè)系統(tǒng)在低壓力、無干擾下的基本性能，這個(gè)性能只由當(dāng)前軟硬件環(huán)境配置決定。

? ? ? ? 基線性能可以通過Redis提供的命令來確定，具體為在redis-cli中添加--intrinsic-latency選項(xiàng)，可以用來檢測和統(tǒng)計(jì)Redis在運(yùn)行期間內(nèi)的最大延遲，這就可以作為基線性能。

redis-cli -h localhost --intrinsic-latency 120
Max latency so far: 1 microseconds.
Max latency so far: 29 microseconds.
Max latency so far: 31 microseconds.
Max latency so far: 34 microseconds.
Max latency so far: 53 microseconds.
Max latency so far: 68 microseconds.
Max latency so far: 103 microseconds.
Max latency so far: 106 microseconds.
Max latency so far: 142 microseconds.
Max latency so far: 158 microseconds.
Max latency so far: 164 microseconds.
Max latency so far: 273 microseconds.
Max latency so far: 296 microseconds.
Max latency so far: 673 microseconds.
Max latency so far: 946 microseconds.
Max latency so far: 2138 microseconds.
Max latency so far: 2234 microseconds.
Max latency so far: 16164 microseconds.2383205581 total runs (avg latency: 0.0504 microseconds / 50.35 nanoseconds per run).
Worst run took 321018x longer than the average latency.

? ? ? ? 在自己的電腦上運(yùn)行命令后，會(huì)打印120秒內(nèi)檢測到的最大延遲，可以看到這里的最大延遲為16164微妙，16ms左右。一般情況下，檢測120s的時(shí)長已經(jīng)夠了。

? ? ? ? 一般來說，運(yùn)行時(shí)響應(yīng)時(shí)間和基線性能做對比，如果響應(yīng)時(shí)間達(dá)到了基線性能的2倍以上，就可以認(rèn)定Redis變慢了。

Redis變慢的原因

????????一旦發(fā)現(xiàn)變慢了，接下來就要查找原因解決這個(gè)問題了。這個(gè)過程要基于Redis本身的工作原理，并結(jié)合和它交互的操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)等外部系統(tǒng)的關(guān)鍵機(jī)制，在借助一些輔助工具來定位問題，并指定行之有效的解決方案。

????????Redis變慢的原因有幾下幾點(diǎn)，如圖所示：

? ? ? ? 慢查詢指令

????????慢查詢命令，指在Redis中執(zhí)行速度慢的命令，這會(huì)導(dǎo)致Redis延遲增加。Redis提供的命令操作很多，并不是所有命令都慢，這和命令操作的復(fù)雜度有關(guān)，所以我們必須知道不同命令的復(fù)雜度。

? ? ? ? 比如，操作的value為String類型時(shí)，由于操作的事hash表，這個(gè)操作的復(fù)雜度是固定的，都是O(1)，除非出現(xiàn)了hash碰撞嚴(yán)重。但操作的數(shù)據(jù)類型為集合時(shí)，如果集合中包含大量的元素，那這個(gè)操作復(fù)雜度是比較高的，會(huì)比較耗時(shí)。

? ? ? ? Redis官網(wǎng)提供了各個(gè)命令的復(fù)雜度：Commands | Redishttps://redis.io/commands/? ? ? ? 如果有復(fù)雜的操作，就要考慮是否需要用簡單的命令來替換。如果使用keys命令，查詢大量的key，也會(huì)導(dǎo)致慢查詢，因?yàn)樾枰獟呙杷械逆I值對，所以生產(chǎn)環(huán)境要禁用這樣的命令。

? ? ? ? 刪除key操作

? ? ? ? 如果Redis中key過期了是會(huì)被自動(dòng)刪除的，這也是Redis的回收機(jī)制，Redis 的 key可以設(shè)置過期時(shí)間，默認(rèn)情況下，每100ms就會(huì)掃描一次，刪除過期的key，具體如下：

• 采樣ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP個(gè)數(shù)的key，并將其中過期的key全部刪除；
• 如果超過25%的key過期了，則重復(fù)刪除過程，直到過期key的比例降至25%以下。

? ? ? ? 如果觸發(fā)了第二條規(guī)則，Redis就會(huì)一直刪除以釋放內(nèi)存空間。注意，刪除操作是阻塞的(Redis 4.0提供了異步機(jī)制減少阻塞)。所以一旦觸發(fā)了就會(huì)一直刪除key，這樣一來，就沒辦法給客戶端提供服務(wù)了。

? ? ? ? 磁盤I/O：AOF

? ? ? ? 為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，Redis提供了AOF和RDB兩種機(jī)制(想具體了解請查看：Redis持久化(AOF、RDB)用到的寫時(shí)復(fù)制到底是什么-CSDN博客)。其中AOF提供了三種寫回策略：always、everysec、no，這三種寫回策略依賴文件系統(tǒng)來完成，也就是write和fsync。

????????write把日志寫到內(nèi)核的緩沖區(qū)，就可以返回了，并不需要等待日志實(shí)際寫回磁盤；而fsync需要把日志記錄寫回到磁盤才能返回，時(shí)間較長。

????????當(dāng)寫回策略配置為everysec和always時(shí)，Redis需要調(diào)用fsync把日志寫回磁盤。但是這兩種寫回策略的具體情況不一樣。但不管怎么說，都會(huì)涉及到寫回磁盤，而且fsync通常比較耗時(shí)，如果Redis主線程執(zhí)行寫回，就會(huì)造成阻塞。

? ? ? ? 另外AOF日志重寫時(shí)，也容易阻塞主線程，所以Redis使用了子線程來完成該操作。但是AOF重寫會(huì)對磁盤又大量的IO操作，同時(shí)fsync又需要等到數(shù)據(jù)寫到磁盤才能返回，所以，當(dāng)AOF重寫的壓力比較大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致fsync阻塞，雖然fsync由后臺(tái)子線程完成，但是主線程會(huì)監(jiān)測fsync的執(zhí)行進(jìn)度。

????????當(dāng)主線程使用子線程執(zhí)行了一次fsync，需要再次把接收的數(shù)據(jù)寫回磁盤，如果主線程發(fā)現(xiàn)上一次的fsync還沒有執(zhí)行完，那么它就會(huì)阻塞。所以，如果后臺(tái)線程執(zhí)行fsync頻繁阻塞的話，主線程也會(huì)阻塞，導(dǎo)致Redis性能變慢。

? ? ? ? 內(nèi)存大頁

? ? ? ? 內(nèi)存大頁機(jī)制也會(huì)影響Redis性能。Linux內(nèi)核從2.6.38開始支持內(nèi)存大頁，支持2MB大小的內(nèi)存頁分配，而常規(guī)的也大小是4KB。你可能會(huì)說，Redis是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，內(nèi)存大頁對Redis不是有好處的嗎，減少了內(nèi)存的分配，但是任何事都有兩面性，這時(shí)一個(gè)權(quán)衡的過程。

? ? ? ? Redis為了提高可靠性，提供了持久化的機(jī)制。這個(gè)過程需要額外的線程來執(zhí)行，所以不會(huì)阻塞主線程為客戶端提供服務(wù)。如果在持久化的過程中，客戶端修改了數(shù)據(jù)，Redis會(huì)才用寫時(shí)復(fù)制(Copy On Write)機(jī)制，數(shù)據(jù)一旦修改了不會(huì)直接修改內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，而是復(fù)制一份，然后再進(jìn)行修改。

? ? ? ? 如果采用了內(nèi)存大頁，那Redis就需要拷貝該大頁。如果關(guān)閉了內(nèi)存大頁，那需要拷貝的頁數(shù)據(jù)只有4kb，可見內(nèi)存大頁會(huì)復(fù)制大量數(shù)據(jù)。

????????所以正常情況下，關(guān)閉內(nèi)存大頁就可以了。

? ? ? ? swap操作

? ? ? ? 操作系統(tǒng)swap是將內(nèi)存數(shù)據(jù)在內(nèi)存和磁盤來回?fù)Q入核換出的機(jī)制，涉及到磁盤的讀寫。所以一旦涉及到了swap，其性能都會(huì)收到磁盤性能的影響。

? ? ? ? Redis是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，內(nèi)存使用量大，如果用Redis保存海量數(shù)據(jù)，而且沒有控制好內(nèi)存使用量，就可能會(huì)觸發(fā)swap機(jī)制，從而影響性能。一旦觸發(fā)swap機(jī)制，Redis需要操作磁盤才能完成，這回極大的降低Redis的性能。

? ? ? ? 關(guān)于海量數(shù)據(jù)的處理請參考：面對海量數(shù)據(jù)Redis如何應(yīng)對-CSDN博客

? ? ? ? Redis對于swap的排查有現(xiàn)成的命令，具體這里不做詳細(xì)介紹了。

? ? ? ? 內(nèi)存碎片

? ? ? ? 內(nèi)存碎片很好理解，明明有內(nèi)存空間，但是申請時(shí)就是無法分配需要的內(nèi)存空間，這對于使用內(nèi)存的Redis來說無疑影響巨大。

? ? ? ? 內(nèi)存碎片的原因

1. 內(nèi)存不是按需分配的，操作系統(tǒng)為了減少內(nèi)存的分配次數(shù)，每次都是按照固定大小進(jìn)行內(nèi)存分配的，例如8字節(jié)、16字節(jié)、32字節(jié)等，比如申請了20字節(jié)的內(nèi)存，但是實(shí)際上會(huì)分配32字節(jié)，此時(shí)如果在寫入5字節(jié)數(shù)據(jù)，就不用再申請內(nèi)存了，減少了內(nèi)存申請的次數(shù)。
2. Redis鍵值對大小不一和刪除操作的影響，內(nèi)存分配器只能按照固定大小分配內(nèi)存。所以，分配的內(nèi)存空間一般都會(huì)比申請的空間大一些，不會(huì)完全一直，這本身就會(huì)造成一定碎片，降低內(nèi)存空存儲(chǔ)效率。鍵值對會(huì)被修改或刪除，這會(huì)導(dǎo)致空間的擴(kuò)容和釋放。一方面，如果修改后的鍵值對變大或變小了，就需要占用額外的空間或釋放不用的空間。另一方面，刪除的鍵值對就不在需要內(nèi)存空間了，此時(shí)會(huì)把空間釋放出來，變成空閑空間。

? ? ? ? 如何判斷內(nèi)存碎片

????????Redis是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，內(nèi)存利用率的高低直接關(guān)系到Redis運(yùn)行效率的高低。為了讓用戶能監(jiān)控到實(shí)時(shí)的內(nèi)存使用情況，Redis自身提供了info命令，可以用來查詢內(nèi)存使用的詳細(xì)信息

info memory
# Memory
used_memory:1143520
used_memory_human:1.09M
used_memory_rss:1114112
used_memory_rss_human:1.06M
used_memory_peak:1144672
used_memory_peak_human:1.09M
used_memory_peak_perc:99.90%
used_memory_overhead:1096754
used_memory_startup:1079248
used_memory_dataset:46766
used_memory_dataset_perc:72.76%
allocator_allocated:1098416
allocator_active:1076224
allocator_resident:1076224
total_system_memory:8589934592
total_system_memory_human:8.00G
used_memory_lua:37888
used_memory_lua_human:37.00K
used_memory_scripts:0
used_memory_scripts_human:0B
number_of_cached_scripts:0
maxmemory:0
maxmemory_human:0B
maxmemory_policy:noeviction
allocator_frag_ratio:1.1
allocator_frag_bytes:18446744073709529424
allocator_rss_ratio:1.00
allocator_rss_bytes:0
rss_overhead_ratio:1.04
rss_overhead_bytes:37888
mem_fragmentation_ratio:1.01
mem_fragmentation_bytes:15696
mem_not_counted_for_evict:0
mem_replication_backlog:0
mem_clients_slaves:0
mem_clients_normal:16986
mem_aof_buffer:0
mem_allocator:libc
active_defrag_running:0
lazyfree_pending_objects:0

????????mem_fragmentation_ratio指標(biāo)表示內(nèi)存碎片化率，該值大于1但小于1.5時(shí)，這種情況是正常的，因?yàn)閮?nèi)存碎片是無法避免的。如果該值大于1.5，就表名內(nèi)存碎片化率比較嚴(yán)重了，超過了50%，這時(shí)需要采取措施來處理內(nèi)存碎片化。

? ? ? ? Redis從4.0版本后提供了專門清理內(nèi)存碎片化的參數(shù)，通過該參數(shù)來設(shè)置內(nèi)存碎片化的清理的開始和結(jié)束時(shí)機(jī)，以及占用CPU比例，從而減少碎片清理對Redis本身請求處理的性能影響。

config set activedefrag yes

????????這個(gè)命令只是啟動(dòng)了自動(dòng)清理功能，但具體什么時(shí)候清理，會(huì)受下面兩個(gè)參數(shù)的控制。這兩個(gè)參數(shù)分別設(shè)置了觸發(fā)內(nèi)存清理的一個(gè)條件，如果同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，就開始清理，清理過程中，只要有一個(gè)條件不滿足，就停止清理。

• active-defrag-ignore-bytes 100mb：表示內(nèi)存碎片的字節(jié)數(shù)達(dá)到100MB時(shí)，就開始清理。
• active-defrag-threshold-lower 10:表示內(nèi)存碎片空間占操作系統(tǒng)分配給Redis的總空間比例達(dá)到10%時(shí)，開始清理。

總結(jié)

? ? ? ? 關(guān)于Redis變慢的問題排查就介紹到這里，不知道你有沒有清晰的思路，歡迎關(guān)注并留言討論。