唯品會大規模 Redis Cluster 的生産實踐

1、生産應用場景

1.1 業務範圍

redis cluster在唯品會主要應用于後端業務，用作內存存儲服務。主要大數據實時推薦/ETL、風控、營銷三大業使用。

cluster用于取代當前twemproxy三層架構，作爲通用的存儲架構。redis cluster可以大幅度簡化我們的存儲架構，也解決twemproxy架構無法在線擴容節點的問題。

目前我們在線有生産幾十個cluster集群，約2千個instances，單個集群最大達到250+instances。

這是我們的生産應用場景，主要是後端業務的存儲，目前沒有作爲cache使用的場景。

1.2大數據、風控、營銷系統的特征

cluster 壹般數據量大, 單個cluster集群在幾十個GB到上TB級別內存存儲量。

作爲後端應用的存儲，數據來源主要以下三種方式：

（1）Kafka → Redis Cluster，Storm/Spark實時

（2）Hive → Redis Cluster， MapReduce程序

（3）MySQL → Redis Cluster，Java/C++程序。

數據由離線/實時job生成, 讀寫請求量大, 對讀寫性能也要求高。

業務高峰期請求量急劇上升，幾倍的讀寫量增加，需要多個redis實例承擔業務的讀寫壓力。

業務需求變化快， schema變化頻繁。如果使用MySQL作爲存儲，那麽將會是頻繁的DLL變更，而且需要做online schema change。

大促銷活動時擴容頻繁。

1.3、爲什麽選擇redis cluster

1） cluster適合我們後端生産應用場景

a、在線水平擴展能力，能夠解決我們大量的擴容需求。

b、Failover能力和高可用性。

c、雖然cluster不保證主從數據強壹致性，但是後端業務能夠容忍failover後少量的數據丟失。

2） 架構簡單

a、無中心架構，各個節點度等。slave節點提供數據冗余，master節點異常時提升爲master。

b、取代twemproxy三層架構，系統複雜性降低。

c、可以節約大量的硬件資源，我們的Lvs + Twemproxy層 使用了近上千台物理機器。

d、少了lvs和twemproxy層，讀寫性能提升明顯。響應時間從100-200us減少到50-100us。

e、系統瓶頸更少。lvs層網卡和pps吞吐量瓶頸;對于請求長度較大的業務，twemproxy單節點性能低。

總結下，我們選擇redis cluster主要這兩點原因：簡單、擴展性。另外，我們用cluster取代twemproxy集群，三層架構實在是很令人頭疼，複雜、瓶頸多、管理不方面。

2、存儲架構演變

2.1 架構演變





在2014年7月，爲了准備當時的814撒嬌節大促銷活動，我們把單個redis的服務遷移到twemproxy上。twemproxy在後端快速完成數據分片和擴容。爲了避免再次擴容，我們靜態分配足夠多的資源。

之後，twemproxy暴露出來的系統瓶頸很多，資源使用很多，也存在壹定的浪費。我們決定用redis cluster取代這種複雜的三層架構。

redis cluster GA之後，我們就開始上線使用。最初是3.0.2 版本，後面大量使用3.0.3 ，上個月開始使用3.0.7版本。

下面簡單對比下兩種架構，解析下他們的優缺點。

2.2 Twemproxy架構

1）優點

a、sharding邏輯對開發透明，讀寫方式和單個redis壹致。

b、可以作爲cache和storage的proxy（by auto-eject）。

2）缺點

a、架構複雜，層次多。包括lvs、twemproxy、redis、sentinel和其控制層程序。

b、管理成本和硬件成本很高。

c、2 * 1Gbps 網卡的lvs機器，最大能支撐140萬pps。

d、流量高的系統，proxy節點數和redis個數接近。

e、Redis層仍然擴容能力差，預分配足夠的redis存儲節點。



這是twemproxy的架構，客戶端直接連接最上面的lvs（LB），第二層是同構的twemproxy節點，下面的redis master節點以及熱備的slave節點，另外還有獨立的sentinel集群和切換控制程序，twemproxy先介紹到這裏。

2.3 Redis Cluster架構

1）優點

a、無中心架構。

b、數據按照slot存儲分布在多個redis實例上。

c、增加slave做standby數據副本，用于failover，使集群快速恢複。

d、實現故障auto failover。節點之間通過gossip協議交換狀態信息；投票機制 完成slave到master角色的提升。

e、亦可manual failover，爲升級和遷移提供可操作方案。

f、降低硬件成本和運維成本，提高系統的擴展性和可用性。

2）缺點

a、client實現複雜，驅動要求實現smart client，緩存slots mapping信息並及時 更新。

b、目前僅JedisCluster相對成熟，異常處理部分還不完善，比如常見的“max re direct exception”。

c、客戶端的不成熟，影響應用的穩定性，提高開發難度。

d、節點會因爲某些原因發生阻塞(阻塞時間大于clutser-node-timeout），被判斷下線。這種failover是沒有必要，sentinel也存在這種切換場景。

cluster的架構如下：





圖上只有master節點（slave略去），所有節點構成壹個完全圖,slave節點在集群中與master只有角色和功能的區別。

架構演變講完了,開始講第三部分，也是大家最感興趣的壹部分.

3、應用最佳實踐

本部分包括內容如下：

a、redis cluster的穩定性如何？

b、存在哪些坑?

c、develop guideline & best practice

3.1 穩定性

a、不擴容時集群非常穩定。

b、擴容resharding時候，早期版本的Jedis端有時會出現“max-redirect”異常。

分析Jedis源碼，請求重試次數達到了上限，仍然沒有請求成功。兩方面分 析：redis連接不上？還是集群節點信息不壹致？

c、存活檢測機制缺陷

redis 存活檢測機制可能因爲master 節點上慢查詢、阻塞式命令、或者其它 的性能問題導致長時間沒有響應，這個節點會認爲處于failed狀態，並進行 切換。這種切換是沒必要的。

優化策略：

a) 默認的cluster-node-timeout爲15s，可以適當增大;

b) 避免使用會引起長時間阻塞的命令，比如save/flushdb等阻塞操作，或者keys pattern這種慢查詢。

總體來說，redis cluster已經非常穩定了，但是要注意壹些應用中的小問題,下面是5個坑，大家注意了.

3.2 有哪些坑？

1）遷移過程中Jedis“Max Redirect”異常。

a、github上討論的結果是程序retry。

b、max redirt issues：https://github.com/xetorthio/jedis/issues/1238

c、retry時間應該大于failover 時間。

d、Jedis參數優化調整：增大jedis中的‘DEFAULT_MAX_REDIRECTIONS’參 數，默認值是5.

e、避免使用multi-keys操作，比如mset/mget. multi-key操作有些客戶端沒有支 持實現。

2）長時間阻塞引起的不必要的failover

a、阻塞的命令。比如save/flushall/flushdb

b、慢查詢。keys *、大key的操作、O(N)操作

c、rename危險操作：

· rename-command FLUSHDB REDIS_FLUSHDB

· rename-command FLUSHALL REDIS_FLUSHALL

· rename-command KEYS REDIS_KEYS

3）同時支持ipv4和ipv6偵聽服務埋下的坑

具體現象：redis啓動正常，節點的協議端口只有ipv6 socket創建正常。異常節點也無法加入到集群中，也無法獲取epoch。

解決方法：啓動時指定網卡ipv4地址，也可以是0.0.0.0，配置文件中添加：bind 0.0.0.0

這個是在setup集群的時候發生過的壹個問題，bind 0.0.0.0雖然存在壹些安全性問題，但是是比較簡單通用的解決方法。

4）數據遷移速度較慢

· 主要使用的redis-trib.rb reshard來完成數據遷移。

· redis-3.0.6版本以前migrate操作是單個key逐壹操作。從redis-3.0.6開始，支持單次遷移多個key。

· redis集群內部最多只允許壹個slot處于遷移狀態，不能並發的遷移slots。

· redis-trib.rb reshard如果執行中斷，用redis-trib.rb fix修複集群狀態。

5）版本選擇/升級建議

· 我們已經開始使用3.0.7版本，很多3.2.0修複的bug已經backport到這個版本。

· 另外我們也開始測試3.2.0版本，內存空間優化很大。

· Tips

· redis-trib.rb支持resharding/rebalance，分配權重。

· redis-trib.rb支持從單個redis遷移數據到cluster集群中。

後面2點不算坑把，算是不足，tips也很實用。開始分享下最佳實踐。

4、最佳實踐

4.1 應用做好容錯機制

· 連接或者請求異常，進行連接retry和reconnect。

· 重試時間應該大于cluster-node-time時間.

還是強調容錯，這個不是針對cluster，所有的應用設計都適用。

4.2 制定開發規範

· 慢查詢，進程cpu 100%、客戶端請求變慢，甚至超時。

· 避免産生hot-key，導致節點成爲系統的短板。

· 避免産生big-key，導致網卡打爆、慢查詢。

· TTL, 設置合理的ttl，釋放內存。避免大量key在同壹時間段過期，雖然redis已· 經做了很多優化，仍然會導致請求變慢。

· key命名規則。

· 避免使用阻塞操作，不建議使用事務。

· 開發規範，使妳們的開發按照最優的方式使用nosql。

4.3 優化連接池使用

· 主要避免server端維持大量的連接。

· 合理的連接池大小。

· 合理的心跳檢測時間。

· 快速釋放使用完的連接。

· Jedis壹個連接創建異常問題（fixed）：

· https://github.com/xetorthio/jedis/issues/1252

· 連接問題是redis開發使用中最常見的問題，connection timeout/read timeout，還有borrow connection的問題。

4.4 區分redis/twemproxy和cluster的使用

· redis建議使用pipeline和multi-keys操作，減少RTT次數，提高請求效率。

· twemproxy也支持pipeline, 支持部分的multi-key可以操作。

· redis cluster不建議使用pipeline和multi-keys操作，減少max redirect産生的場景。

· 區分redis 和 cluster的使用，壹方面是數據分片引起的；另壹方面，與client的實現支持相關。

4.5 幾個需要調整的參數

1）設置系統參數vm.overcommit_memory=1，可以避免bgsave/aofrewrite失敗。

2）設置timeout值大于0，可以使redis主動釋放空閑連接。

3）設置repl-backlog-size 64mb。默認值是1M，當寫入量很大時，backlog溢出會導致增量複制不成功。

4）client buffer參數調整

client-output-buffer-limit normal 256mb 128mb 60

client-output-buffer-limit slave 512mb 256mb 180

5、運維經驗總結

5.1 自動化管理

· CMDB管理所有的資源信息。

· Agent方式上報硬軟件信息。

· 標准化基礎設置。機型、OS內核參數、軟件版本。

· Puppet管理和下發標准化的配置文件、公用的任務計劃、軟件包、運維工具。

· 資源申請自助服務。

5.2 自動化監控

· zabbix作爲主要的監控數據收集工具。

· 開發實時性能dashboard，對開發提供查詢。

· 單機部署多個redis，借助于zabbix discovery。

· 開發DB響應時間監控工具Titan。

· 基本思想來源于pt-query-degest，通過分析tcp應答報文産生日志。flume agent + kafka收集，spark實時計算，hbase作爲存儲。最終得到hotquery/slowquery，request source等性能數據。

5.3 自動化運維

· 資源申請自助服務化。

· 如果申請合理，壹鍵即可完成cluster集群部署。

能不動手的，就堅決不動手，另外，監控數據對開發開發很重要，讓他們了解自己服務性能，有時候開發會更早發現集群的壹些異常行爲，比如數據不過期這種問題，運維就講這麽多了，後面是幹貨中的幹貨，由deep同學開發的幾個實用工具。

5.4 redis開源工具介紹

redis實時數據遷移工具

1）在線實時遷移

2）redis/twemproxy/cluster 異構集群之間相互遷移。

3）github：https://github.com/vipshop/redis-migrate-tool

redis cluster管理工具

1）批量更改集群參數

2）clusterrebalance

3）很多功能，具體看github ：
https://github.com/deep011/redis-cluster-tool
多線程版本Twemproxy

1）大幅度提升單個proxy的吞吐量，線程數可配置。

2）壓測情況下，20線程達到50w+qps，最優6線程達到29w。

3）完全兼容twemproxy。

4）github：
https://github.com/vipshop/twemproxies
在開發的中的多線redis

1）Github：
https://github.com/vipshop/vire
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