Redis 6.0:客户端侧缓存特性,有点意思!

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Redis 6.0:客户端侧缓存特性,有点意思!

colobu.com/2020/05/02/redis-client-side-caching/

  • 测试环境搭建

  • BCAST 广播模式 ( client tracking on
    )
  • tracking特定前缀的key ( client tracking on
    )
  • 选择加入

  • 选择退出

  • NOLOOP

  • REDIRECT

Redis 6.0 发布了。

Redis 6.0的新特性也是在一步步的讨论和优化中确定的。

很多的特性已经在之前的RC等版本中介绍过了。

但是正式GA版中也有一些新的变化:

  • SSL

  • ACL: 更好,命令支持

  • RESP3

  • Client side caching:重新设计

  • Threaded I/O

  • Diskless replication on replicas

  • Cluster support in Redis-benchmark and improved redis-cli cluster support

  • Disque in beta as a module of Redis: 开始侵入消息队列领域

  • Redis Cluster Proxy

  • 支持RDB不再使用时可立即删除,针对不落盘的场景

  • PSYNC2: 优化的复制协议

  • 超时设置支持更友好

  • 更快的RDB加载,20% ~ 30%的提升

  • STRALGO,新的字符串命令,目前只有一个实现LCS (longest common subsequence)

@antirez 提到只是Redis历史上最大的一次版本更新,所以谨慎建议在应用的产品中还是多多测试评估,并且承诺一旦遇到大的bug就会紧急发布6.0.1版。果不其然,一天后就发布了 6.0.1版,修复了一个allocator的bug,这个bug是为了优化而引入的,现在暂时去掉了。

I just released Redis 6.0.1. Unfortunately there was a bug in Redis 6.0.0 introduced just a few days before the release, that only happens when using the non-default allocator (libc malloc in this case triggers it). Optimization reverted, 6.0.1 released. Sorry for the issue.

本文主要关注 Client side caching
(客户端缓存)这一特性。

smallnest/RESP3 是Redis RESP3协议的解析库,你可以使用它和Redis底层通讯,或者包装它实现新版的Redis client库或者Redis Server端。

一年前,当 @antirez 参加完纽约Redis大会后,5:30就在旅店中醒来了,面对曼哈顿街头的美丽景色,在芸芸众生中思索Redis的未来。包括客户端缓存。

其实,客户端缓存特性是收到Redis Conf 2018的Ben Malec的影响,一下子打开了 @antirez 思路。我们知道, 很多公司使用Redis做缓存系统,并且很好的提高了数据访问的性能,但是很多企业为了进一步应对热点数据,还是会在redis的client端缓存一部分热点数据,用来应对吃瓜事件。比如在微博我们经常遇到的是明星出轨、明星分分合合、突发事件等等,每年都会有几次突发的事件,微博除了使用Redis做缓存避免直接访问数据库,还会在前面加更多的cache层,比如 L1 cache
等,采用memcached等产品作为热数据的缓存。那么就有一个问题,如何能够 及时
的同步这些cache和redis的数据呢?Ben提供了非常有意思的想法。

伫立在曼哈顿的街头,@antirez 陷入了沉思,后来回到旅馆他开始实现初版的客户端的缓存。当然,最终Redis 6.0中实现和这个初版的实现差别很大,但是很是显然,从客户端的演化过程中我们还是能看到@antirez对这个特性所在的权衡(trade off)。关于这个历史本文不做太多的介绍,因为我们更关注于这个特性最终是什么样子的。

Redis实现的是一个服务端协助的客户端缓存,叫做 tracking
。客户端缓存的命令是:

CLIENT TRACKING ON|OFF [REDIRECT client-id] [PREFIX prefix] [BCAST] [OPTIN] [OPTOUT] [NOLOOP]

tracking
开启时, Redis会”记住”每个客户端请求的key,当key的值发现变化时会发送失效信息给客户端(invalidation message)。失效信息可以通过RESP3协议发送给请求的客户端,或者转发给一个不同的连接(支持RESP2+ Pub/Sub)。当广播模式(broadcasting)开启时,参与 tracking
的客户端会收到它通过前缀订阅的key的相关的通知,即使它没请求过对应的key。同时还提供了 OPTIN
OPTOUT
等模式。

失效消息:当一个key的数据有修改的时候,需要告诉客户端它以前缓存的数据失效了,这时redis会主动发送一条失效消息

  • REDIRECT: 将失效消息转发给另外一个客户端。当我们不使用RESP3而是使用老的RESP2和Redis通讯时,client本身不支持处理失效消息,所以可以开启一个支持Pub/Sub客户端处理失效消息。当然如果客户端支持RESP3也可以将失效消息转发给另外一个客户端。这个cace我们放在最后演示。

  • BCAST
    : 使用广播模式开始 tracking
    。在这种模式下客户端需要设置将track的key的前缀,这些key的失效消息会广播给所有参与的客户端,不管这些客户端是否请求/缓存额这些key。不开始广播模式时,Redis只会track那些只读命令请求的key,并且只会报告一次失效消息。
  • PREFIX: 只应用了广播模式,注册一个key的前缀。所有以这个前缀开始的key有修改时,都会发送失效消息。可以注册多个前缀。如果不设置前缀,那么广播模式会track每一个key。

  • OPTIN
    : 当广播模式没有激活时,正常 不会
    track只读命令的key,除非它们在 CLIENT CACHING yes
    之后被调用。
  • OPTOUT
    : 当广播模式没有激活时,正常
    track只读命令的key,除非它们在 CLIENT CACHING off
    之后被调用。
  • NOLOOP: 不发送client自己修改的key。

下面让我们一一介绍每个选项。

测试环境搭建

首先让我们介绍RESP3协议相关的选项, REDIRECT <id>
放在最后介绍。

在尝试之前,你首先需要安装一个redis 6.x的版本,目前是6.0.1。在官方网站上有源代码的下载,编译安装也很简单:

make distclean
make
make test
sudo make install

相信很快就有编译好的二进制包可以下载。

启动server, 它会在6379端口启动一个服务:

redis-server

使用 redis-cli
访问,默认访问本机的6379实例:

redis-cli

当然你可以通过 -h
查看额外的参数配置,比如使用其它端口等等,这里我们使用最简单的例子,重点是了解客户端缓存的特性。

有时候为了更好的观察redis的返回结果,我们使用 telnet
而不是 redis-cli
作为client连接redis,因为redis-cli对结果做了处理,尤其是失效消息,你可能无法观测到。

BCAST 广播模式 ( client tracking on
)

启动redis server:

启动redis-cli:

当然,我们使用telnet来测试,方便观察redis的返回结果,刚才redis-cli用来更新key值,辅助测试。连接上之后发送 hello 3
开启RESP3协议:

telnet client
➜ ~ telnet localhost 6379
Trying ::1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
hello 3
%7
$6
server
$5
redis
$7
version
$5
6.0.1
......

之后尝试开启 tracking
并读取 a
的值:

telnet client
client tracking on
+OK
set a 1
+OK
get a
$1
1

这个时候如果使用redis-cli作为另外一个client更新 a
的值,telnet这个client应该能获得通知:

redis-cli client
127.0.0.1:6379> set a 2
OK

观察telnet,它收到了一个失效消息:

telnet client
>2
$10
invalidate
*1
$1
a

注意它采用RESP3中的PUSH类型( >
)。

如果这个使用你再使用redis-cli更新 a
的值,telnet不会再收到失效消息。除非telnet client再 get a
一次,重新 tracking
a的值。

可以随时取消 tracking
:

telnet client
client tracking off

tracking特定前缀的key ( client tracking on
)

上面的方式会tracking所有的key,如果你只想跟踪特定的key, 目前redis提供了一种方式,也就是前缀匹配的方式。
你可以只tracking特定前缀的key。

应用了广播模式。

使用telnet client设定前缀和开启tracking:

telnet client
hello 3
.......

client tracking on prefix a bcast
+OK
client tracking on prefix user bcast
+OK

我们tracking两个前缀,以 a
开头的所有的key和以 user
开头的所有的key,所有 a
开头的所有的key和以 user
开头的所有的key(包括 a
user
)的key变动时它应该都收到消息。

然后我们使用redis-cli更新三个key: abc
user:32432723213
feed:6532343243432
:

redis-cli
127.0.0.1:6379> set abc 100
OK
127.0.0.1:6379> set user:32432723213 good
OK
127.0.0.1:6379> set feed:6532343243432 abc
OK

telnet client收到 abc
user:32432723213
的失效消息,而不会收到 feed:6532343243432
的失效消息:

telnet client
>2
$10
invalidate
*1
$3
abc
>2
$10
invalidate
*1
$16
user:32432723213

你可以通过 client tracking off
停止客户端缓存。目前貌似不能只停止对单个的前缀的 tracking
。即使你使用 client tracking off prefix user
也是取消对所有的key的 tracking

src/networking.c
......
} else if (!strcasecmp(c->argv[2]->ptr,"off")) {
disableTracking(c);
} else {
......

选择加入

如果使用 OPTIN
,可以有选择的开启 tracking
。只有你发送 client caching yes
之后的下一条的只读命令的key才会 tracking
, 否则 其它的只读命令中的key不会tracking


首先我们开始 optin
,读取a的

,这个时候使用redis-cli client修改a的值为1000,我们并没有收到
a
的失效消息。

telnet client
client tracking on optin
+OK

get a
$1
2

接下来我们发送 client caching yes
,紧接着获取a的值,这个时候如果再修改a的值,你就可以收到一条a的失效消息:

telnet client
client caching yes
+OK
get a
$4
1000

>2
$10
invalidate
*1
$1
a

必须是紧跟着 client caching yes
吗?是的,比如发送下面的命令,只会 tracking
b,而不是a:

telnet client
client caching yes
+OK
get b
_
get a
$4
2000

选择退出

如果使用 OPTOUT
,你也可以有选择的退出 tracking
。只有你发送 client caching off
之后的下一条的只读命令的key才会停止 tracking
, 否则 其它的只读命令中的key都会被tracking

可以看到它和 OPTIN
正好相反,你可以根据你的场景来选择。

比如下面的例子,开启 OPTOUT
之后,对任意的key的变动都收到失效消息:

telnet client
client tracking on optout
+OK

get a
$4
3000
>2
$10
invalidate
*1
$1
a

这个时候如果我们想排除 b
这个key,可以只针对它进行设置:

telnet client
client caching no
+OK
get b
$1
3

之后对b的变动并不会收到b的失效消息。

注意:  OPTIN
OPTOUT
是针对的非BCAST场景,也就是只有你发送了key的只读命令后,才会跟踪相应的key。而广播模式是无论你是否发送过key的只读命令,只要redis修改了key,都会发送相应key(或者匹配前缀的key)的失效消息。

NOLOOP

正常设置时,失效消息是发给所有参与的client,但是如果设置了 NOLOOP
,则不会发送给更新这个key的client。

telnet client
client tracking on bcast noloop
+OK
set a 1
+OK

client tracking off
+OK
client tracking on bcast
+OK

set a 1
+OK
>2
$10
invalidate
*1
$1
a

注意,取消tracking只需调用 client tracking off
即可。

REDIRECT

最后,让我们看一下转发消息的处理。这是为了兼容RESP2协议一个处理方式,将失效消息转发给另外一个client。

首先我们查看redis-cli的client id:

redis-cli
127.0.0.1:6379> client list
id=4 addr=127.0.0.1:61017 fd=8 name= age=33103 idle=0 flags=N db=0 sub=0 psub=0 multi=-1 qbuf=26 qbuf-free=32742 obl=0 oll=0 omem=0 events=r cmd=client user=default

使用telnet连接redis,查看client id:

telnet client
client id
:12

telnet 客户端开启订阅失效消息:

telnet client
SUBSCRIBE __redis__:invalidate
*3
$9
subscribe
$20
__redis__:invalidate
:1

然后我们就可以将redis-cli的失效消息转发给telnet client:

redis-cli
client tracking on bcast redirect 12

127.0.0.1:6379> set a 1000
OK

可以看到telnet客户端收到了失效消息:

telnet client
*3
$7
message
$20
__redis__:invalidate
*1
$1
a

如果你要转发的目的client开启了RESP3协议,你就不需要RESP3 Pub/Sub了,因为RESP3原生支持Push消息。

redis的tracking feature的实现代码在:tracking.c。

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