飘飘悠悠 · 1701浏览 · 发布于2021-01-06
前言
2020年4月30日，Redis 6.0.0正式发布，标志着redis从此告别单线程。在此之前，在大数据生产环境中使用的是一个30个节点的Codis集群，SparkStreaming以此作为缓存，QPS高峰大概在2000w/s。
因为Codis不再更新迭代，于是在Redis 6.0.6版本发布的时候搭建了Redis Cluster，新的应用将不再使用Codis。之前连接Codis使用的Java客户端是Jedis，通过Pipeline方式批次执行命令，以此来提高效率。而Redis Cluster的客户端JedisCluster没有提供Pipeline方式，只能单条执行命令，于是开始考虑其他的Java客户端。
这里备选了两个客户端：lettuce和Redisson
pipeline原理
这里先说一下Jedis的pipeline的原理。通过pipeline对redis的所有操作命令，都会先放到一个List中，当pipeline直接执行或者通过jedis.close()调用sync()的时候，所有的命令都会一次性地发送到客户端，并且每个操作命令返回一个response，通过get来获取操作结果。
lettuce
lettuce提供了async异步方式来实现pipeline的功能，来测试一下是否可按批次处理命令。
测试代码：
public static void main(String[] args) throws Exception {
RedisURI uri = RedisURI.builder()
.withHost("47.102.xxx.xxx")
.withPassword("Redis6.0.6".toCharArray())
.withPort(10001)
.build();
RedisClusterClient client = RedisClusterClient.create(uri);
StatefulRedisClusterConnection<String, String> connect = client.connect();
RedisAdvancedClusterAsyncCommands<String, String> async = connect.async();
// 断点1
async.set("key1", "v1");
Thread.sleep(1000 * 3);
// 断点2
async.set("key2", "v2");
// 断点3
async.flushCommands();
Thread.sleep(1000 * 3);
connect.close();
client.shutdown();
}在程序中设置三个断点。如果是pipeline的话，只有执行完断点3，两条set命令才会执行。
运行结果：
结果表明还未到flushCommands()，第一个set命令已经执行。到这你可能就会以为lettuce其实还是逐条命令执行，只是开启了异步请求模式。其实不然，在lettuce异步操作中，默认开启了命令自动刷新功能，所以给你的假象还是逐条执行，在此需要禁用自动刷新来开启pipeline功能。
在set()之前加上一行代码：
async.setAutoFlushCommands(false);
运行结果：
Redisson
redisson提供了batch来实现pipeline的功能。
测试代码:
Config config = new Config();
config.useClusterServers()
.addNodeAddress("redis://47.102.219.86:10001")
.setPassword("Redis@6.0.6");
RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
RBatch batch = redisson.createBatch();
String key = "test";
for (int i = 1; i < 3; i++) {
batch.getMap(key + i).putAsync(String.valueOf(i), String.valueOf(i));
}
// 打上断点
batch.execute();
redisson.shutdown();这里我们在execute()处打上断点，debug运行程序。
运行结果：
结果表明Redisson会将命令放在一个batch中，当执行execute()时，会将命令一次性发送到redis执行。虽然Redisson实现了pipeline的功能，但是我最后还是放弃了它。原因很简单，它的方法不像jedis和lettuce一样简单明了，和redis的操作命令相差太多，导致使用起来比较繁琐。
Jedis Cluster Pipeline
原因
开头也提到了，Jedis对Redis Cluster提供了JedisCluster客户端，但是没有Pipeline模式，那么JedisCluster为什么不支持Pipeline？
在redis中一共有16384个Slot，每个节点负责一部分Slot，当对Key进行操作时，redis会通过CRC16计算出key对应的Slot，将Key映射到Slot所在节点上执行操作。
因为不同Key映射的节点不同，所以JedisCluster需要持有Redis Cluster每个节点的连接才能执行操作，而Pipeline是面向于一个redis连接的执行模式，所以JedisCluster无法支持Pipeline。
那么我们自己有没有办法利用JedisCluster去封装一个具有Pipeline模式的客户端？
思路
刚刚提到，JedisCluster会持有Redis Cluster所有节点的连接。那么，如果我们可以获取到所有节点的连接，对每个节点的连接都开启Pipeline。首先计算出每个Key所在的Slot，再找到Slot对应节点，就可以将Key放到对应节点连接的Pipeline上，这样不就实现了集群版的Pipeline了么！
我们要做的工作就是找到对应关系，将每个Key分配到对应的节点连接中。
秉着不重复造轮子的观点，我们先看看JedisCluster是如何执行命令的？
JedisCluster
先写样例，并在get()处打断点。
CRC16
进入run()，可以看到JedisClusterCRC16提供了getSlot()方法，可以计算出Key所在的Slot。
run()里面调用了runWithRetries()，这是核心方法之一，Step into
// 据方法调用参数删除了部分代码
private T runWithRetries(final int slot, int attempts, boolean tryRandomNode, JedisRedirectionException redirect) {
Jedis connection = null;
try {
// false
if (tryRandomNode) {
connection = connectionHandler.getConnection();
} else {
// 重点：从方法名看，是根据slot来获取jedis连接！！
connection = connectionHandler.getConnectionFromSlot(slot);
}
return execute(connection);
} catch (JedisNoReachableClusterNodeException jnrcne) {
throw jnrcne;
} catch (JedisConnectionException jce) {
// 释放连接
releaseConnection(connection);
connection = null;
if (attempts <= 1) {
// 刷新slots
this.connectionHandler.renewSlotCache();
}
return runWithRetries(slot, attempts - 1, tryRandomNode, redirect);
}
}从runWithRetries()可以看到，JedisCluster通过调用getConnectionFromSlot(slot)来获取jedis连接，这里实现了Slot和Jedis的关系。
那么connectionHandler为什么可以提供redis连接？
connectionHandler
查看connectionHandler变量信息
可以看到它有一个JedisClusterInfoCache类型的成员变量cache，cache有两个HashMap类型的成员变量nodes和slots，nodes保存节点和JedisPool的映射关系，slots保存16384个slot和JedisPool的映射关系，这里slot和节点实现了映射关系。
接着看一下getConnectionFromSlot()：
可以看出，cache调用getSlotPool()，从成员变量slots中通过slot取到了相应节点的JedisPool。
简单的画一下流程图：
至此，所有轮子都已经具备，开始造车。
实现Pipeline
我们只要获取到connectionHandler变量，就可以使用它的成员变量cache来获取Jedis。
connectionHandler是JedisCluster的成员变量，在其父类BinaryJedisCluster中找到了此变量。
cache是connectionHandler的成员变量，在其父类JedisClusterConnectionHandler找到了此变量。
connectionHandler和cache都是protected变量，外部类无法直接访问，所以需要定义子类访问变量。
自定义ConnectionHandler
目的：使用cache保存的Cluster信息，用其来获取JedisPool。
public class JedisSlotConnectionHandlerImp extends JedisSlotBasedConnectionHandler implements Serializable {
public JedisSlotConnectionHandlerImp(Set<HostAndPort> nodes, GenericObjectPoolConfig poolConfig, int connectionTimeout, int soTimeout, String password) {
super(nodes, poolConfig, connectionTimeout, soTimeout, password);
}
// 自定义通过slot获取JedisPool的方法
// 为了保证后面一个JedisPool只取一个Jedis
public JedisPool getJedisPoolFromSlot(int slot) {
JedisPool jedisPool = cache.getSlotPool(slot);
if (jedisPool != null) {
return jedisPool;
} else {
renewSlotCache();
jedisPool = cache.getSlotPool(slot);
if (jedisPool != null) {
return jedisPool;
} else {
throw new JedisNoReachableClusterNodeException("No reachable node in cluster for slot " + slot);
}
}
}
}自定义ClusterPipeline
目的：使用connectionHandler来建立key、slot以及JedisPool之间关系映射
public class JedisClusterPipeline extends JedisCluster implements Serializable {
// 覆盖父类中的connectionHandler
protected JedisSlotConnectionHandlerImp connectionHandler;
public JedisClusterPipeline(HashSet node, int connectionTimeout, int soTimeout, int maxAttempts, String password, GenericObjectPoolConfig poolConfig) {
super(node, connectionTimeout, soTimeout, maxAttempts, password, poolConfig);
connectionHandler = new JedisSlotConnectionHandlerImp(node, poolConfig, connectionTimeout, soTimeout, password);
}
// 通过key转换成slot，再获取JedisPool
public JedisPool getJedisPoolFromSlot(String key) {
return connectionHandler.getJedisPoolFromSlot(JedisClusterCRC16.getSlot(key));
}
}使用
使用自定义的JedisClusterPipeline，需要自己实现set、get、hget等方法来覆盖父类JedisCluster对应的方法。最初的目的是应用于Spark将维度信息存入Redis Cluster，当时是用scala面向RDD的partition实现了集群版的hmset()方法。
这里临时用Java实现一下Pipeline的set()方法。
实现set()
public class JedisClusterPipelineCommand {
/**
* 自定义的pipeline模式set方法
* @param key 存放的key
* @param value 存放的value
* @param clusterPipeline 用来获取JedisPool
* @param pipelines 建立JedisPool和pipeline映射，保证一个JedisPool只开启一个pipeline
* @param jedisMap 建立pipeline和Jedis映射，用来释放Jedis
* @param nums 记录每个pipeline放入key的条数
* @param threshold pipeline进行sync的阈值
*/
public static void setByPipeline(String key, String value, JedisClusterPipeline clusterPipeline, ConcurrentHashMap<JedisPool, Pipeline> pipelines, ConcurrentHashMap<Pipeline, Jedis> jedisMap, ConcurrentHashMap<Pipeline, Integer> nums, int threshold) {
JedisPool jedisPool = clusterPipeline.getJedisPoolFromSlot(key);
// 查看对应节点是否已经开启了pipeline
Pipeline pipeline = pipelines.get(jedisPool);
if (pipeline == null) {
Jedis jedis = jedisPool.getResource();
pipeline = jedis.pipelined();
// 构建映射关系，保证每个节点只有一个jedis来开启pipeline
jedisMap.put(pipeline, jedis);
pipelines.put(jedisPool, pipeline);
nums.put(pipeline, 0);
}else {
int num = nums.get(pipeline);
nums.put(pipeline, num + 1);
if (num % threshold == 0) {
pipeline.sync();
}
}
pipeline.set(key, value);
}
/**
* 释放jedis并强制pipeline sync
*/
public static void releaseConnection(ConcurrentHashMap<Pipeline, Jedis> jedisMap) {
for (Jedis jedis : jedisMap.values()) {
jedis.close();
}
}
}执行类
public static void main(String[] args) throws Exception {
JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
HashSet jedisClusterNodes = new java.util.HashSet<HostAndPort>();
jedisClusterNodes.add(new HostAndPort("47.102.xxx.xx", 10001));
JedisClusterPipeline jedisClusterPipeline = new JedisClusterPipeline(jedisClusterNodes, 1000, 1000, 10, "Redis6", config);
ConcurrentHashMap<JedisPool, Pipeline> pipelines = new ConcurrentHashMap<>();
ConcurrentHashMap<Pipeline, Jedis> jedisMap = new ConcurrentHashMap<>();
ConcurrentHashMap<Pipeline, Integer> nums = new ConcurrentHashMap<>();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
JedisClusterPipelineCommand.setByPipeline("k" + i, "v" + i, jedisClusterPipeline, pipelines, jedisMap, nums, 100 );
}
JedisClusterPipelineCommand.releaseConnection(jedisMap);
}执行结果
性能测试
本机环境1000条数据
pipeline模式：2.32s
JedisCluster：68.6s
Spark on Yarn 128w条 Hash
1Core 1G Pipeline：18s
本机环境测试结果受限于网络和主机配置，仅供比较参考。
结语
最后选择自己实现pipeline，首先是因为比较了解pipeline的原理，说白了就是用习惯了。其次是在本机测试letttuce时，出现了一些意料之外的问题，目前还在探索中。下一步的工作就是慢慢的将Pipeline其他的方法实现，逐步优化，用于生产。
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