在平時線上 Redis 維護?作中，有時候需要從 Redis 實例成千上萬的 key 中找出特定前綴的 key 列表來?動處理數(shù)據(jù)，可能是修改它的值，也可能是刪除 key。這?就有?個問題，如何從海量的 key中找出滿?特定前綴的 key 列表來？Redis 提供了?個簡單暴?的指令 keys ?來列出所有滿?特定正則字符串規(guī)則的 key。 127.0.0.1:6379> set codehole1 a OK 127.0.0.1:6379> set codehole2 b OK 127.0.0.1:6379> set codehole3 c OK 127.0.0.1:6379> set code1hole a OK 127.0.0.1:6379> set code2hole b OK 127.0.0.1:6379> set code3hole b OK 127.0.0.1:6379> keys * 1) "codehole1" 2) "code3hole" 3) "codehole3" 4) "code2hole" 5) "codehole2" 6) "code1hole" 127.0.0.1:6379> keys codehole* 1) "codehole1" 2) "codehole3" 3) "codehole2" 127.0.0.1:6379> keys code*hole 1) "code3hole" 2) "code2hole" 3) "code1hole"

?

這個指令使??常簡單，提供?個簡單的正則字符串即可，但是有很明顯的兩個缺點。 1. 沒有 offset、limit 參數(shù)，?次性吐出所有滿?條件的 key，萬?實例中有?百 w 個 key 滿?條件，當(dāng)你看到滿屏的字符串刷的沒有盡頭時，你就知道難受了。 2. keys 算法是遍歷算法，復(fù)雜度是 O(n)，如果實例中有千萬級以上的 key，這個指令就會導(dǎo)致 Redis 服務(wù)卡頓，所有讀寫Redis 的其它的指令都會被延后甚?會超時報錯，因為 Redis是單線程程序，順序執(zhí)?所有指令，其它指令必須等到當(dāng)前的keys 指令執(zhí)?完了才可以繼續(xù)。 ?對這兩個顯著的缺點該怎么辦呢？ Redis 為了解決這個問題，它在 2.8 版本中加?了?海撈針的指令——scan。scan 相? keys 具備有以下特點: 1. 復(fù)雜度雖然也是 O(n)，但是它是通過游標(biāo)分步進?的，不會阻塞線程; 2. 提供 limit 參數(shù)，可以控制每次返回結(jié)果的最?條數(shù)，limit 只是?個 hint，返回的結(jié)果可多可少; 3. 同 keys ?樣，它也提供模式匹配功能; 4. 服務(wù)器不需要為游標(biāo)保存狀態(tài)，游標(biāo)的唯?狀態(tài)就是 scan 返回給客戶端的游標(biāo)整數(shù); 5. 返回的結(jié)果可能會有重復(fù)，需要客戶端去重復(fù)，這點?常重要; 6. 遍歷的過程中如果有數(shù)據(jù)修改，改動后的數(shù)據(jù)能不能遍歷到是不確定的; 7. 單次返回的結(jié)果是空的并不意味著遍歷結(jié)束，?要看返回的游標(biāo)值是否為零;

scan 基礎(chǔ)使?

在使?之前，讓我們往 Redis ?插? 10000 條數(shù)據(jù)來進?測試import redis client = redis.StrictRedis() for i in range(10000): client.set("key%d" % i, i) 好，Redis 中現(xiàn)在有了 10000 條數(shù)據(jù)，接下來我們找出以 key99 開頭 key 列表。 scan 參數(shù)提供了三個參數(shù)，第?個是 cursor 整數(shù)值，第?個是 key 的正則模式，第三個是遍歷的 limit hint。第?次遍歷時， cursor 值為 0，然后將返回結(jié)果中第?個整數(shù)值作為下?次遍歷的 cursor。?直遍歷到返回的 cursor 值為 0 時結(jié)束。 127.0.0.1:6379> scan 0 match key99* count 1000 1) "13976" 2) 1) "key9911" 2) "key9974" 3) "key9994" 4) "key9910" 5) "key9907" 6) "key9989" 7) "key9971" 8) "key99" 9) "key9966" 10) "key992" 11) "key9903" 12) "key9905" 127.0.0.1:6379> scan 13976 match key99* count 1000 1) "1996" 2) 1) "key9982" 2) "key9997"3) "key9963" 4) "key996" 5) "key9912" 6) "key9999" 7) "key9921" 8) "key994" 9) "key9956" 10) "key9919" 127.0.0.1:6379> scan 1996 match key99* count 1000 1) "12594" 2) 1) "key9939" 2) "key9941" 3) "key9967" 4) "key9938" 5) "key9906" 6) "key999" 7) "key9909" 8) "key9933" 9) "key9992" ...... 127.0.0.1:6379> scan 11687 match key99* count 1000 1) "0" 2) 1) "key9969" 2) "key998" 3) "key9986" 4) "key9968" 5) "key9965" 6) "key9990" 7) "key9915" 8) "key9928" 9) "key9908" 10) "key9929"11) "key9944" 從上?的過程可以看到雖然提供的 limit 是 1000，但是返回的結(jié)果只有 10 個左右。因為這個 limit 不是限定返回結(jié)果的數(shù)量，?是限定服務(wù)器單次遍歷的字典槽位數(shù)量(約等于)。如果將 limit 設(shè)置為10，你會發(fā)現(xiàn)返回結(jié)果是空的，但是游標(biāo)值不為零，意味著遍歷還沒結(jié)束。 127.0.0.1:6379> scan 0 match key99* count 10 1) "3072" 2) (empty list or set) 字典的結(jié)構(gòu) 在 Redis 中所有的 key 都存儲在?個很?的字典中，這個字典的結(jié)構(gòu)和 Java 中的 HashMap ?樣，是?維數(shù)組 + ?維鏈表結(jié)構(gòu)，第?維數(shù)組的??總是 2^n(n>=0)，擴容?次數(shù)組??空間加倍，也就是 n++。scan 指令返回的游標(biāo)就是第?維數(shù)組的位置索引，我們將這個位置索引稱為槽 (slot)。如果不考慮字典的擴容縮容，直接按數(shù)組下標(biāo)挨個遍歷就?了。limit 參數(shù)就表示需要遍歷的槽位數(shù)，之所以返回的結(jié)果可能多可能少，是因為不是所有的槽位上都會掛接鏈表，有些槽位可能是空的，還有些槽位上掛接的鏈表上的元素可能會有多個。每?次遍歷都會將 limit 數(shù)量的槽位上掛接的所有鏈表元素進?模式匹配過濾后，?次性返回給客戶端。 scan 遍歷順序 scan 的遍歷順序?常特別。它不是從第?維數(shù)組的第 0 位?直遍歷到末尾，?是采?了?位進位加法來遍歷。之所以使?這樣特殊的?式進?遍歷，是考慮到字典的擴容和縮容時避免槽位的遍歷重復(fù)和遺漏。 字典擴容 Java 中的 HashMap 有擴容的概念，當(dāng) loadFactor 達到閾值時，需要重新分配?個新的 2 倍??的數(shù)組，然后將所有的元素全部rehash 掛到新的數(shù)組下?。rehash 就是將元素的 hash 值對數(shù)組?度進?取模運算，因為?度變了，所以每個元素掛接的槽位可能也發(fā)?了變化。?因為數(shù)組的?度是 2^n 次?，所以取模運算等價于位與操作。 a mod 8 = a & (8-1) = a & 7 a mod 16 = a & (16-1) = a & 15 a mod 32 = a & (32-1) = a & 31 這?的 7, 15, 31 稱之為字典的 mask 值，mask 的作?就是保留 hash 值的低位，?位都被設(shè)置為 0。 接下來我們看看 rehash 前后元素槽位的變化。 假設(shè)當(dāng)前的字典的數(shù)組?度由 8 位擴容到 16 位，那么 3 號槽位011 將會被 rehash 到 3 號槽位和 11 號槽位，也就是說該槽位鏈表中?約有?半的元素還是 3 號槽位其它的元素會放到 11 號槽位，11 這個數(shù)字的?進制是 1011，就是對 3 的?進制 011 增加了?個?位 1。抽象?點說，假設(shè)開始槽位的?進制數(shù)是 xxx，那么該槽位中的元素將被 rehash 到 0xxx 和 1xxx(xxx+8) 中。如果字典?度由 16 位擴容到 32 位，那么對于?進制槽位 xxxx 中的元素將被 rehash 到 0xxxx 和 1xxxx(xxxx+16) 中。對?擴容縮容前后的遍歷順序觀察這張圖，我們發(fā)現(xiàn)采??位進位加法的遍歷順序，rehash 后的槽位在遍歷順序上是相鄰的。假設(shè)當(dāng)前要即將遍歷 110 這個位置 (橙?)，那么擴容后，當(dāng)前槽位上所有的元素對應(yīng)的新槽位是 0110 和 1110(深綠?)，也就是在槽位的?進制數(shù)增加?個?位 0 或 1。這時我們可以直接從 0110 這個槽位開始往后繼續(xù)遍歷，0110 槽位之前的所有槽位都是已經(jīng)遍歷過的，這樣就可以避免擴容后對已經(jīng)遍歷過的槽位進?重復(fù)遍歷。再考慮縮容，假設(shè)當(dāng)前即將遍歷 110 這個位置 (橙?)，那么縮容后，當(dāng)前槽位所有的元素對應(yīng)的新槽位是 10(深綠?)，也就是去掉槽位?進制最?位。這時我們可以直接從 10 這個槽位繼續(xù)往后遍歷，10 槽位之前的所有槽位都是已經(jīng)遍歷過的，這樣就可以避免縮容的重復(fù)遍歷。不過縮容還是不太?樣，它會對圖中 010 這個槽位上的元素進?重復(fù)遍歷，因為縮融后 10 槽位的元素是 010 和 110上掛接的元素的融合。

漸進式 rehash

Java 的 HashMap 在擴容時會?次性將舊數(shù)組下掛接的元素全部轉(zhuǎn)移到新數(shù)組下?。如果 HashMap 中元素特別多，線程就會出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。Redis 為了解決這個問題，它采?漸進式 rehash。它會同時保留舊數(shù)組和新數(shù)組，然后在定時任務(wù)中以及后續(xù)對 hash的指令操作中漸漸地將舊數(shù)組中掛接的元素遷移到新數(shù)組上。這意味著要操作處于 rehash 中的字典，需要同時訪問新舊兩個數(shù)組結(jié)構(gòu)。如果在舊數(shù)組下?找不到元素，還需要去新數(shù)組下?去尋找。scan 也需要考慮這個問題，對與rehash 中的字典，它需要同時掃描新舊槽位，然后將結(jié)果融合后返回給客戶端。更多的 scan 指令scan 指令是?系列指令，除了可以遍歷所有的 key 之外，還可以對指定的容器集合進?遍歷。?如 zscan 遍歷 zset 集合元素，hscan遍歷 hash 字典的元素、sscan 遍歷 set 集合的元素。它們的原理同 scan 都會類似的，因為 hash 底層就是字典，set 也是?個特殊的 hash(所有的 value 指向同?個元素)，zset 內(nèi)部也使?了字典來存儲所有的元素內(nèi)容，所以這?不再贅述。

? key 掃描

有時候會因為業(yè)務(wù)?員使?不當(dāng)，在 Redis 實例中會形成很?的對象，?如?個很?的 hash，?個很?的 zset 這都是經(jīng)常出現(xiàn)的。這樣的對象對 Redis 的集群數(shù)據(jù)移帶來了很?的問題，因為在集群環(huán)境下，如果某個 key 太?，會數(shù)據(jù)導(dǎo)致遷移卡頓。另外在內(nèi)存分配上，如果?個 key 太?，那么當(dāng)它需要擴容時，會?次性申請更?的?塊內(nèi)存，這也會導(dǎo)致卡頓。如果這個? key 被刪除，內(nèi)存會?次性回收，卡頓現(xiàn)象會再?次產(chǎn)?。在平時的業(yè)務(wù)開發(fā)中，要盡量避免? key 的產(chǎn)?。如果你觀察到 Redis 的內(nèi)存?起?落，這極有可能是因為? key 導(dǎo)致的，這時候你就需要定位出具體是那個 key，進?步定位出具體的業(yè)務(wù)來源，然后再改進相關(guān)業(yè)務(wù)代碼設(shè)計。

那如何定位? key 呢？

為了避免對線上 Redis 帶來卡頓，這就要?到 scan 指令，對于掃描出來的每?個 key，使? type 指令獲得 key 的類型，然后使?相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的 size 或者 len ?法來得到它的??，對于每?種類型，保留??的前 N 名作為掃描結(jié)果展示出來。上?這樣的過程需要編寫腳本，?較繁瑣，不過 Redis 官?已經(jīng)在redis-cli 指令中提了這樣的掃描功能，我們可以直接拿來即?。redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7001 –-bigkeys如果你擔(dān)?這個指令會?幅抬升 Redis 的 ops 導(dǎo)致線上報警，還可以增加?個休眠參數(shù)。redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7001 –-bigkeys -i 0.1上?這個指令每隔 100 條 scan 指令就會休眠 0.1s，ops 就不會劇烈抬升，但是掃描的時間會變?。 擴展閱讀 感興趣可以繼續(xù)深?閱讀 美團近期修復(fù)的Scan的?個bug(https://mp.weixin.qq.com/s/ufoLJiXE0wU4Bc7ZbE9cDQ)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的⼤海捞针 —— Scan的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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