快取 無底洞優化。

2021-09-22 14:12:37 字數 2595 閱讀 2293

2023年,facebook的memcache節點已經達到了3000個,承載著tb級別的快取資料。但開發和運維人員發現乙個問題,為了滿足業務要求新增了大量新memcache節點,但是發現效能不但沒有好轉反而下降了,當時將這種現象稱為快取的「無底洞」現象。

那麼為什麼會產生這種現象呢,通常來說新增節點使得memcache集群效能應該更強了,但事實並非如此。鍵值資料庫由於通常採用雜湊函式將key對映到各個節點上,造成key的分布與業務無關,但是由於資料量和訪問量的持續增長,造成需要新增大量節點做水平擴容,導致鍵值分布到更多的節點上,所以無論是memcache還是redis的分布式,批量操作通常需要從不同節點上獲取,相對於單機批量操作只涉及一次網路操作,分布式批量操作會涉及多次網路時間。

下圖展示了在分布式條件下,一次mget操作需要訪問多個redis節點,需要多次網路時間。

而下圖由於所有鍵值都集中在乙個節點上,所以一次批量操作只需要一次網路時間。

用一句通俗的話總結就是,更多的節點不代表更高的效能,所謂「無底洞」就是說投入越多不一定產出越多。但是分布式又是不可以避免的,因為訪問量和資料量越來越大,乙個節點根本扛不住,所以如何高效的在分布式快取中批量操作是乙個難點。

下面介紹如何在分布式條件下優化批量操作。在介紹具體的方法之前,我們來看一下常見的io優化思路:

這裡我們假設命令、客戶端連線已經為最優,重點討論減少網路操作次數。

以redis批量獲取n個字串為例,有三種實現方法,如下圖所示。

上面已經給出了io的優化思路以及單個節點的批量操作優化方式,下面我們將結合redis cluster的一些特性對四種分布式的批量操作方式進行說明。

由於n個key是比較均勻的分布在redis cluster的各個節點上,因此無法使用mget命令一次性獲取,所以通常來講要獲取n個key的值,最簡單的方法就是逐次執行n個get命令,這種操作時間複雜度較高,他的操作時間=n次網路時間+n次命令時間,網路次數是n。很顯然這種方案不是最優的,但是實現起來比較簡單,如下圖所示。

jedis客戶端示例**如下:

listserialmget(listkeys) 

return values;

}

redis cluster使用crc16演算法計算出雜湊值,再取對16383的餘數就可以算出slot值,同時smart客戶端會儲存slot和節點的對應關係,有了這兩個資料就可以將屬於同乙個節點的key進行歸檔,得到每個節點的key子列表,之後對每個節點執行mget或者pipeline操作,他的操作時間=node次網路時間+n次命令時間,網路次數是node的個數,整個過程如下圖所示,很明顯這種方案比第一種要好很多,但是如果節點數太多,還是有一定的效能問題。

jedis客戶端示例**如下:

mapserialiomget(listkeys)  else 

}// 從每個節點上批量獲取,這裡使用mget也可以使用pipeline

for(entry> entry : nodekeylistmap.entryset())

return keyvaluemap;

}

redis cluster的hash_tag功能,他可以將多個key強制分配到乙個節點上,他的操作時間=1次網路時間+n次命令時間,如下圖所示。

如下圖所示,所有key屬於node2節點。

jedis客戶端示例**如下:

listhashtagmget(string hashtagkeys)
上面已經對批量操作的四種方案進行了介紹,最後通過下表來對四種方案的優缺點、網路io次數進行乙個總結。

方案優點

缺點網路io

序列命令

程式設計簡單

如果少量keys,效能可以滿足要求

大量keys請求延遲嚴重

o(keys)

序列io

程式設計簡單

少量節點,效能滿足要求

大量node延遲嚴重

o(nodes)

並行io

利用並行特性,延遲取決於最慢的節點

程式設計複雜

由於多執行緒,問題定位可能較難

o(max_slow(nodes))

hash_tag

效能最高

業務維護成本較高

容易出現資料傾斜

o(1)

實際開發中可以根據上表給出的優缺點進行分析,沒有最好的方案只有最適合的方案。

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