记一次事故看 Redis 开发规范

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时间 2022-05-21 10:17:17
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一、背景

某一天中午，收到反馈，app卡顿甚至无响应，随即监控中心报出大量慢请求。慢请求来源直指网关和 DP（集中鉴权中心）占慢请求总数的 80%以上。

二、事故处理

  • 10 分钟，收集事故现场（thread dump，heap dump）重启网关，慢请求暂时恢复 

  • 20 分钟，定位为 darkportal 所使用的 redis 集群异常（响应时间 200ms） 

  • 30 分钟，分析 redis 和其他业务线共用，会受业务线影响，决定申请新的 redis 实例，将 dp 的 redis 迁移到新集群。

  • 24 小时，redis 迁移完成，慢请求消失。

三、Root Cause 分析

24hDP应用的三波慢请求

Redis 响应时间异常

发现 Redis 中大量的慢查询 

通过 slowlog-log-slower-than 等命令查询慢查询，发现大量明令禁止在生产环境使用的命令在这段 时间被执行。

结论

由于darkportal的redis 和其他业务线共用，业务线应用引入了大量的耗时操作，最终引发故障。这 也给我们敲响警钟。

管理角度，梳理核心应用，积极将 redis 等基础组件隔离，敦促业务线加大力度做代码 review。 

运维角度，服务端禁用高危命令，做好中间件和核心接口的监控

四、处理方案

1. 【服务端】服务器端禁用高危险性命令 

rename-command FLUSHALL "" 
rename-command FLUSHDB "" 
rename-command KEYS ""

2. 【客户端】在客户端 SDK 中过滤掉高危命令 

3. 【告警和预防】加大监控力度，尤其是中间件和核心业务接口的监控 

4. 【业务隔离】这次故障另一个关键点是，错误发生在非核心业务，却影响了核心业务，应将核心业务的 redis 独立出来，避免相互干扰和故障的放大，尤其是要避免非核心业务故障对核心业务的影响。（不 仅限于 redis）

五、Redis 开发和使用规范

1.key名设计

1) 【建议】: 可读性和可管理性

以业务名(或数据库名)为前缀(防止 key 冲突)，用冒号分隔，比如业务名:

表名:id
ugc:video:1

2)【建议】：简洁性

保证语义的前提下，控制 key 的长度，当 key 较多时，内存占用也不容忽视，例如：

user:{uid}:friends:messages:{mid}
简化为： 
u:{uid}:fr:m:{mid}

3) 【强制】：不要包含特殊字符

反例：包含空格、换行、单双引号以及其他转义字符

2. value 设计

1) 【强制】：拒绝 bigkey

          bigkey 会导致内存分布不均匀，操作较慢会导致阻塞，对单线程而言阻塞的危害不言而喻，同时 也可能会导致网络阻塞。 

string 类型控制在 10KB 以内，非字符串类型（hash、list、set、zset）元素个数不要超过 5000。反例：一个包含 200 万个元素的 list。 

非字符串的 bigkey，不要使用 del 删除，使用 hscan、sscan、zscan 方式渐进式删除，同时要注 意防止 bigkey 过期时间自动删除问题(例如一个 200 万的 zset 设置 1 小时过期，会触发 del 操作，造 成阻塞，而且该操作不会不出现在慢查询中(latency 可查))

2) 【推荐】：选择适合的数据类型

例如：实体类型(要合理控制和使用数据结构内存编码优化配置,例如 ziplist，但也要注意节省内 存和性能之间的平衡) 

反例：

set user:1:name tom
set user:1:age 19
set user:1:favor football

正例：

set user:1:name tom
set user:1:age 19
set user:1:favor football

3) 【推荐】：控制 key 的生命周期。

建议使用 expire 设置过期时间(条件允许可以打散过期时间，防止集中过期，bigkey 需特殊处理 参考附录)，不过期的数据重点关注 idletime。

3、命令使用

1. 【推荐】 O(N)命令关注 N 的数量

例如 hgetall、lrange、smembers、zrange、sinter 等并非不能使用，但是需要明确 N 的值。有遍历的 需求可以使用 hscan、sscan、zscan 代替。 

2. 【推荐】：禁用命令 

禁止线上使用 keys、flushall、flushdb 等，通过 redis 的 rename 机制禁掉命令，或者使用 scan 的 方式渐进式处理。

3. 【推荐】合理使用 select

redis 的多数据库较弱，使用数字进行区分，很多客户端支持较差，同时多业务用多数据库实际还是单 线程处理，会有干扰。

4. 【推荐】使用批量操作提高效率

原生命令：例如 mget、mset。
非原生命令：可以使用 pipeline 提高效率。

但要注意控制一次批量操作的元素个数(例如 500 以内，实际也和元素字节数有关)。

注意两者不同： 

1. 原生是原子操作，pipeline 是非原子操作。
2. pipeline 可以打包不同的命令，原生做不到
3. pipeline 需要客户端和服务端同时支持。

5. 【建议】Redis 事务功能较弱，不建议过多使用

Redis 的事务功能较弱(不支持回滚)，而且集群版本(自研和官方)要求一次事务操作的 key 必须在一个 slot 上(可以使用 hashtag 功能解决) 

6. 【建议】Redis 集群版本在使用 Lua 上有特殊要求：

1) 所有 key 都应该由 KEYS 数组来传递，redis.call/pcall 里面调用的 redis 命令，key 的位置， 必须是 KEYS array, 否则直接返回 error， 

"-ERR bad lua script for redis cluster, all the keys that the script uses should be passed using the KEYS array"

2) 所有 key，必须在 1 个 slot 上，否则直接返回 error,  

"-ERR eval/evalsha command keys must in same slot"

7. 【建议】必要情况下使用 monitor 命令时，要注意不要长时间使用。

六、客户端使用

1.【推荐】避免多个应用使用一个 Redis 实例

正例：不相干的业务拆分，公共数据做服务化

2.【推荐】使用连接池

可以有效控制连接，同时提高效率，标准使用方式：

执行命令如下 ： 

Jedis jedis = null;
try {
 jedis = jedisPool.getResource();
 //具体的命令
 jedis.executeCommand()
} catch (Exception e) {
 logger.error("op key {} error: " + e.getMessage(), key, e);
} finally {
 //注意这里不是关闭连接，在 JedisPool 模式下，Jedis 会被归还给资源池。
 if (jedis != null)
 jedis.close();
}

3.【建议】高并发下建议客户端添加熔断功能

(例如 netflix hystrix)

4.【推荐】设置合理的密码

如有必要可以使用 SSL 加密访问

5.【建议】选择合适的内存淘汰策略（maxmemory-policy）

默认策略是 volatile-lru，即超过最大内存后，在过期键中使用 lru 算法进行 key 的剔除，保证不过

期数据不被删除，但是可能会出现 OOM 问题。（注：这不一定适合所有场景）

其他策略如下：

1) allkeys-lru：根据 LRU 算法删除键，不管数据有没有设置超时属性，直到腾出足够空间为止。

2) allkeys-random：随机删除所有键，直到腾出足够空间为止。

3) volatile-random:随机删除过期键，直到腾出足够空间为止。

4) volatile-ttl：根据键值对象的 ttl 属性，删除最近将要过期数据。如果没有，回退到 noeviction

策略。

5) noeviction：不会剔除任何数据，拒绝所有写入操作并返回客户端错误信息"(error) OOM command

not allowed when used memory"，此时 Redis 只响应读操作。

七 、附录：正确删除 bigkey

下面操作可以使用 pipeline 加速。redis 4.0 已经支持 key 的异步删除，欢迎使用。

1.Hash 删除: hscan+hdel 
public void delBigHash(String host, int port, String password, String bigHashKey) {
 Jedis jedis = new Jedis(host, port);
 if (password != null && !"".equals(password)) {
 jedis.auth(password);
 }
 ScanParams scanParams = new ScanParams().count(100);
 String cursor = "0";
 do {
 ScanResult<Entry<String, String>> scanResult = jedis.hscan(bigHashKey, cursor, scanParams);
 List<Entry<String, String>> entryList = scanResult.getResult();
 if (entryList != null && !entryList.isEmpty()) {
 for (Entry<String, String> entry : entryList) {
 jedis.hdel(bigHashKey, entry.getKey());
 }
 }
 cursor = scanResult.getStringCursor();
 } while (!"0".equals(cursor));


 //删除 bigkey
 jedis.del(bigHashKey);
}

2. List 删除: Itrim 

public void delBigList(String host, int port, String password, String bigListKey) {
 Jedis jedis = new Jedis(host, port);
 if (password != null && !"".equals(password)) {
 jedis.auth(password);
 }
 long llen = jedis.llen(bigListKey);
 int counter = 0;
 int left = 100;
 while (counter < llen) {
 //每次从左侧截掉 100 个
 jedis.ltrim(bigListKey, left, llen);
 counter += left;
 }
 //最终删除 key
 jedis.del(bigListKey);
}

3. Set 删除: sscan + srem 

public void delBigSet(String host, int port, String password, String bigSetKey) {
 Jedis jedis = new Jedis(host, port);
 if (password != null && !"".equals(password)) {
 jedis.auth(password);
 }
 ScanParams scanParams = new ScanParams().count(100);
 String cursor = "0";
 do {
 ScanResult<String> scanResult = jedis.sscan(bigSetKey, cursor, scanParams);
 List<String> memberList = scanResult.getResult();
 if (memberList != null && !memberList.isEmpty()) {
 for (String member : memberList) {
 jedis.srem(bigSetKey, member);
 }
 }
 cursor = scanResult.getStringCursor();
 } while (!"0".equals(cursor));


 //删除 bigkey
 jedi

4. SortedSet 删除: zscan + zrem 

public void delBigZset(String host, int port, String password, String bigZsetKey) {
 Jedis jedis = new Jedis(host, port);
 if (password != null && !"".equals(password)) {
 jedis.auth(password);
 }
 ScanParams scanParams = new ScanParams().count(100);
 String cursor = "0";
 do {
 ScanResult<Tuple> scanResult = jedis.zscan(bigZsetKey, cursor, scanParams);
 List<Tuple> tupleList = scanResult.getResult();
 if (tupleList != null && !tupleList.isEmpty()) {
 for (Tuple tuple : tupleList) {
 jedis.zrem(bigZsetKey, tuple.getElement());
 }
 }
 cursor = scanResult.getStringCursor();
 } while (!"0".equals(cursor));


 //删除 bigkey
 jedis.del(bigZsetKey);

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