Redis 查询优化原理

redis 查询优化原理

spring 封装了redis的接口,使得我们在项目中操作redis 异常的简单方便,甚至不用考虑何时释放redis连接。通常只需要两个步骤,

  1. 注入 redisTemplate

  2. 选择操作的数据类型 增、删、改、查,等等应有尽有

如此简单方便,redis 在项目开发中已经是不可或缺的存在。要知道redis是单线程的,每个命令都是原子性的,单个命令读写起来速度很快,但是多个redis 命令就不一定了,无处不在的redis操作,稍不注意可能就会出现 redis线程 或者网络阻塞现象。

Redis 查询耗时,无非浪费在网络传输,与reids 本身两个部分,因此优化查询可以针对这两个部分。

  1. 减少网络传输次数
  2. 限制一次原子性操作的内存大小

就以上两点redis提供了pipelining与 脚本等其他优化方式。本文将详细介绍pipelining为何能够加速redis读写效率,以及与其他方式比较进行详细的阐述。

pipelining 优化redis查询原理

Redis基于Request/Response协议,客户端与服务器端建立连接可能很快或许很慢,不管怎么说,网络延迟的时间是客户端发包给服务端,然后服务端发送响应给客户端,这个一来一回的耗费时间就是 RTT (Round Trip Time) 。
在这里插入图片描述

减少RTT次数

假设 一次命令 耗费的rtt 时间为250ms,那么一秒能够只处理四次redis命令。这四次请求会产生四个RTT,非常的浪费资源。pipelining就是用来优化这种情景的,pipelining需要客户端与服务端一起配合才能实现,pipelining会先在客户端把一组命令打包,然后一起发送到服务端。服务端再解析命令,返回回复给客户端。这期间只发生了一次RTT,因此大大的加速redis 的查询速度。

不仅仅RTT的问题

实际上redis 执行每条命令,访问数据结构然后产生响应,这个过程非常的廉价,真正耗费性能的是 socket I/O 。这里面包括了 read() 与 write() 系统调用,这就意味着从 user land 转换 kernel land (很多文章翻译成用户态与内核态,理解起来费劲,不如英文理解的更简单一点),这种上下文切换是比较耗时的。

当使用pipelining 时候,许多命令只会使用单个 read() 的 系统调用,对应的多个响应,也是由单个write()的系统调用来产生。

这样的话,redis 每秒处理命令的个数与pipelining打包的命令个数成正比。

是不是pipelining队列越长越好呢

答案是否定的,使用 pipelining 将客户端命令都缓存起来,但是如果缓存的数据量大小超过客户端命令的缓冲区大小,即使没有达到发送条件,也会将命令发送出去。如果pipelining中的命令没有被发送完,客户端并不会调用read()去读取socket里面的缓冲数据,如果这个客户端的响应缓存区被填满,那么就会阻止服务端再往客户端发送数据,那么服务端产生的响应就都会缓存起来,如果服务端socket 发送缓存区被填满的话,那么此时服务端调用write(socket)就会阻塞或者失败。
在这里插入图片描述

因此需要控制 pipelining 的命令个数,如果存在大量的命令,那么就使用分批pipelining 就可以了。

为什么客户端与服务端在同一台物理机,循环的redis命令依旧很慢?
FOR-ONE-SECOND:
    Redis.SET("foo","bar")
END

如上命令,循环的执行set命令,即使客户端与服务端在同一台物理机,这种循环命令依旧是非常慢的。

当redis-benchmark (redis自带的测试性能基准的工具)与redis 进程在同一台物理机上运行时候,是不是就意味着消息通过内存从一个地方到另一个地方,不会涉及网络延迟或者其他的延迟呢?

答案是否定的,因为redis 进程不总是一直运行的,实际上有个内核调度器控制redis进程的运行。

例如 启动 benchmark ,从redis server 读取响应,并写入一些新的命令,这些命令都在一个缓存区内,服务端 为了能够读到这些命令,内核会调度 redis server实例去读取,此时此刻当前程序是阻塞的状态,所以即使客户端 与服务端 在同一台物理机上,因为内核调度器的原因 ,仍然会涉及类似于网络的一种延迟。

mget mset 与pipeline 的比较

mget 与 mset 同样也能优化redis 查询,与pipeline比较,它的性能比pipeline要快的多,

有人为此使用 benchmark 做了个使用比较两者的性能。数据量为一万条。通过比较real的大小,可以看到pipeline 比 get 快了12倍,mget 比 get 快了180倍。

在这里插入图片描述

虽然 pipeline 与mget 都比get快,但是你要知道,他们俩都比 get 占用的内存多。因为redis 会将所有的 响应都先缓存起来,然后批量返回给客户端。

只比较 pipeline 与 mget , mget 拥有更快的速度,而且mget 与 mset 是原子性操作。mget 虽然有这么多优点,但是它没有 pipeline灵活,它只能够同时处理多相同的命令。pipeline 非原子性操作,同时能够处理多个不同或者相同的命令。

脚本与pipeline比较

Redis version 2.6 以上版本才支持脚本,脚本是原子性的,脚本的优势是极小的读写与计算延迟。另外还有一种场景,只有脚本能够做到,pipeline无法做到,就是想要往redis 写数据之前,要先获取读命令的响应。比如说,reids 读 key 如果这个key1存在,则往key2中写数据。在pipeline 中,命令是一起打包发送过去的,所以无法先读取 key1(先返回null)再决定要不要执行第二条命令key2。但是脚本能够做到这件事 (注:redis 也支持事务,脚本原理上也是事务,但是事务同样也跟pipeline一样,无法适用以上的场景,官方后面会根据用户的脚本与事务使用习惯,考虑是否要抛弃掉事务 )。脚本还可以缓存到redis服务器中,这样就可以极大的减少传入脚本引入的带宽。不用担心脚本会占用内存,脚本的代价是非常的小。

参考:
Using pipelining to speedup Redis queries
Redis事务
Redis get pipeline vs mget

<think>我们正在处理用户关于优化Redis查询性能的问题。根据提供的引用内容,我们可以从几个方面来优化Redis查询速度。 首先,引用[1]提到了客户端查询缓冲区(client-query-buffer-limit)的配置。默认情况下,为了避免由于客户端协议不同步(例如客户端bug)导致查询缓冲区内存使用无限制,Redis设置了固定大小的限制。但在某些特殊需求下,比如巨大的multi/exec请求,可以适当调整这个限制。然而,这通常不是优化查询速度的直接方法,而是为了避免内存溢出。不过,如果确实有大量命令需要执行,适当增大这个限制可能有助于避免缓冲区溢出导致的性能下降。 其次,引用[2]提到了redis-benchmark工具,并指出默认情况下它并没有利用流水线(pipelining)和多线程,因此不能代表Redis实例能承受的最大吞吐量。这提示我们可以通过使用流水线和更高效的客户端(如hiredis)来提升性能。 优化Redis查询性能的常见方法包括: 1. **使用流水线(Pipelining)**:将多个命令一起发送到服务器,减少网络往返时间(RTT)。例如,如果需要执行多个命令,可以将它们放入一个流水线中一次性发送,而不是逐个发送。 2. **使用高效的客户端库**:如hiredis,它是一个高效的Redis客户端库,解析速度更快。 3. **避免大键(Big Keys)**:过大的键(例如包含数百万元素的集合、列表等)在操作时会导致性能下降。可以考虑拆分大键。 4. **使用合适的数据结构**:根据应用场景选择最合适的数据结构。例如,存储用户信息可以使用哈希(Hash)而不是多个字符串键。 5. **利用Lua脚本**:将多个操作组合成一个原子操作,减少网络开销,并保证原子性。 6. **配置持久化策略**:如果对性能要求极高,且可以容忍一定数据丢失,可以考虑关闭持久化或者使用AOF重写策略。 7. **使用连接池**:避免频繁建立和关闭连接,使用连接池复用连接。 8. **分片(Sharding)**:如果单个实例无法满足性能需求,可以将数据分布到多个Redis实例上。 9. **优化命令**:避免使用复杂度高的命令,如`KEYS`命令,可以使用`SCAN`替代;使用`SORT`命令时注意其复杂度。 10. **调整系统配置**:如调整操作系统的网络参数、Redis的TCP backlog等。 根据引用内容,特别需要注意的是,通过流水线和高效客户端可以显著提升性能。例如,在编写程序时,使用流水线可以将多个命令打包发送,减少网络延迟带来的影响。 下面是一个使用Python的redis-py库进行流水线操作的示例: ```python import redis r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0) # 创建管道 pipe = r.pipeline() # 将多个命令放入管道 pipe.set('key1', 'value1') pipe.get('key1') pipe.incr('counter') pipe.get('counter') # 一次性执行所有命令 result = pipe.execute() # 打印结果 print(result) # 输出: [True, 'value1', 1, '1'] ``` 在这个例子中,四个命令被一次性发送到服务器,并一次性返回结果,这比单独发送四个命令要快得多。 另外,关于客户端查询缓冲区,如果确实需要执行大量的命令(比如一个包含大量命令的MULTI/EXEC事务),可以适当增加`client-query-buffer-limit`的配置(在redis.conf中设置),但要注意这可能会增加内存使用。 综上所述,优化Redis查询速度可以从多个层面进行,包括使用流水线、选择高效客户端、优化数据结构和命令等。 §§相关问题§§ 1. 如何评估Redis性能优化后的效果? 2. 除了流水线,还有哪些方法可以减少Redis的网络延迟? 3. 在Redis中如何避免使用大键?</think>### Redis查询性能优化指南 优化Redis查询性能需要从多个层面入手,以下是关键策略: #### 1. **使用流水线技术(Pipelining)** - **原理**:将多个命令打包一次性发送,减少网络往返次数(RTT) - **效果**:可提升5-10倍吞吐量(尤其在跨地域访问时) - **示例**: ```python # 普通方式(4次RTT) r.set('key1', 'v1') r.set('key2', 'v2') r.get('key1') r.get('key2') # 流水线方式(1次RTT) pipe = r.pipeline() pipe.set('key1', 'v1') pipe.set('key2', 'v2') pipe.get('key1') pipe.get('key2') results = pipe.execute() ``` #### 2. **选择高效客户端** - 使用高性能客户端库如**Hiredis**(C语言实现),相比普通解析器快2倍 - 支持异步I/O的客户端(如Node.js的`ioredis`)可提升并发处理能力 #### 3. **数据结构优化** - **避免大Key**:单Key值不超过1MB(拆分List/Hash) - **选择合适结构**: - 频繁查询字段 → 用Hash替代String - 范围查询 → 用ZSET替代SCAN - **内存优化**: ```bash # 启用内存优化redis.conf) hash-max-ziplist-entries 512 set-max-intset-entries 512 ``` #### 4. **命令优化** - **替代高复杂度命令**: - 用`SCAN`替代`KEYS`(复杂度$O(n)$→$O(1)$每批) - 用`ZRANGEBYSCORE`替代全量获取ZSET - **批量操作**: - `MSET/MGET`代替循环SET/GET - `HMSET/HMGET`代替单字段操作 #### 5. **连接优化** ```bash # 调整内核参数(/etc/sysctl.conf) net.core.somaxconn = 65535 vm.overcommit_memory = 1 # Redis配置(redis.conf) maxclients 10000 # 最大连接数 tcp-keepalive 300 # 保持TCP连接 ``` #### 6. **持久化调优** - **写密集场景**: - 关闭AOF:`appendonly no` - 或使用AOF重写:`auto-aof-rewrite-percentage 100` - **读密集场景**: - 开启RDB备份:`save 900 1` - 禁用透明大页:`echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled` #### 7. **集群优化** - **热点Key分散**:通过`{}`标签控制分片位置 ```bash # 强制相关Key同分片 SET user:{123}:profile "data" SET order:{123}:list "data" ``` - **读写分离**:从库处理读请求(配置`replica-read-only yes`) #### 8. **监控与分析** -查询日志: ```bash slowlog-log-slower-than 5 # 记录>5ms的查询 slowlog-max-len 1024 # 保存1024条记录 ``` - 性能测试: ```bash redis-benchmark -t set,get -P 16 -c 100 -n 1000000 ``` > 引用说明: > 客户端查询缓冲区配置参考[^1] > Redis基准测试方法参考[^2] ---
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