访问redis

学习如何访问redis。

redis是最近几年比较火的缓存服务,相比memcached在server端提供了更多的数据结构和操作方法,简化了用户的开发工作。为了使用户更快捷地访问redis并充分利用bthread的并发能力,brpc直接支持redis协议。示例程序:example/redis_c++

相比使用hiredis(官方client)的优势有:

  • 线程安全。用户不需要为每个线程建立独立的client。
  • 支持同步、异步、批量同步、批量异步等访问方式,能使用ParallelChannel等组合访问方式。
  • 支持多种连接方式。支持超时、backup request、取消、tracing、内置服务等一系列RPC基本福利。
  • 一个进程中的所有brpc client和一个redis-server只有一个连接。多个线程同时访问一个redis-server时更高效(见性能)。无论reply的组成多复杂,内存都会连续成块地分配,并支持短串优化(SSO)进一步提高性能。

像http一样,brpc保证在最差情况下解析redis reply的时间复杂度也是O(N),N是reply的字节数,而不是O($N^2$)。当reply是个较大的数组时,这是比较重要的。

加上-redis_verbose后会打印出所有的redis request和response供调试。

访问单台redis

创建一个访问redis的Channel:

  1. #include <brpc/redis.h>
  2. #include <brpc/channel.h>
  3. brpc::ChannelOptions options;
  4. options.protocol = brpc::PROTOCOL_REDIS;
  5. brpc::Channel redis_channel;
  6. if (redis_channel.Init("0.0.0.0:6379", &options) != 0) { // 6379是redis-server的默认端口
  7. LOG(ERROR) << "Fail to init channel to redis-server";
  8. return -1;
  9. }
  10. ...

执行SET后再INCR:

  1. std::string my_key = "my_key_1";
  2. int my_number = 1;
  3. ...
  4. // 执行"SET <my_key> <my_number>"
  5. brpc::RedisRequest set_request;
  6. brpc::RedisResponse response;
  7. brpc::Controller cntl;
  8. set_request.AddCommand("SET %s %d", my_key.c_str(), my_number);
  9. redis_channel.CallMethod(NULL, &cntl, &set_request, &response, NULL/*done*/);
  10. if (cntl.Failed()) {
  11. LOG(ERROR) << "Fail to access redis-server";
  12. return -1;
  13. }
  14. // 可以通过response.reply(i)访问某个reply
  15. if (response.reply(0).is_error()) {
  16. LOG(ERROR) << "Fail to set";
  17. return -1;
  18. }
  19. // 可用多种方式打印reply
  20. LOG(INFO) << response.reply(0).c_str() // OK
  21. << response.reply(0) // OK
  22. << response; // OK
  23. ...
  24. // 执行"INCR <my_key>"
  25. brpc::RedisRequest incr_request;
  26. incr_request.AddCommand("INCR %s", my_key.c_str());
  27. response.Clear();
  28. cntl.Reset();
  29. redis_channel.CallMethod(NULL, &cntl, &incr_request, &response, NULL/*done*/);
  30. if (cntl.Failed()) {
  31. LOG(ERROR) << "Fail to access redis-server";
  32. return -1;
  33. }
  34. if (response.reply(0).is_error()) {
  35. LOG(ERROR) << "Fail to incr";
  36. return -1;
  37. }
  38. // 可用多种方式打印结果
  39. LOG(INFO) << response.reply(0).integer() // 2
  40. << response.reply(0) // (integer) 2
  41. << response; // (integer) 2

批量执行incr或decr

  1. brpc::RedisRequest request;
  2. brpc::RedisResponse response;
  3. brpc::Controller cntl;
  4. request.AddCommand("INCR counter1");
  5. request.AddCommand("DECR counter1");
  6. request.AddCommand("INCRBY counter1 10");
  7. request.AddCommand("DECRBY counter1 20");
  8. redis_channel.CallMethod(NULL, &cntl, &request, &response, NULL/*done*/);
  9. if (cntl.Failed()) {
  10. LOG(ERROR) << "Fail to access redis-server";
  11. return -1;
  12. }
  13. CHECK_EQ(4, response.reply_size());
  14. for (int i = 0; i < 4; ++i) {
  15. CHECK(response.reply(i).is_integer());
  16. CHECK_EQ(brpc::REDIS_REPLY_INTEGER, response.reply(i).type());
  17. }
  18. CHECK_EQ(1, response.reply(0).integer());
  19. CHECK_EQ(0, response.reply(1).integer());
  20. CHECK_EQ(10, response.reply(2).integer());
  21. CHECK_EQ(-10, response.reply(3).integer());

RedisRequest

一个RedisRequest可包含多个Command,调用AddCommand*增加命令,成功返回true,失败返回false并会打印调用处的栈

  1. bool AddCommand(const char* fmt, ...);
  2. bool AddCommandV(const char* fmt, va_list args);
  3. bool AddCommandByComponents(const butil::StringPiece* components, size_t n);

格式和hiredis基本兼容:即%b对应二进制数据(指针+length),其他和printf的参数类似。对一些细节做了改进:当某个字段包含空格时,使用单引号或双引号包围起来会被视作一个字段。比如AddCommand(“Set ‘a key with space’ ‘a value with space as well’”)中的key是a key with space,value是a value with space as well。在hiredis中必须写成redisvCommand(…, “SET %s %s”, “a key with space”, “a value with space as well”);

AddCommandByComponents类似hiredis中的redisCommandArgv,用户通过数组指定命令中的每一个部分。这个方法对AddCommand和AddCommandV可能发生的转义问题免疫,且效率最高。如果你在使用AddCommand和AddCommandV时出现了“Unmatched quote”,“无效格式”等问题且无法定位,可以试下这个方法。

如果AddCommand*失败,后续的AddCommand*和CallMethod都会失败。一般来说不用判AddCommand*的结果,失败后自然会通过RPC失败体现出来。

command_size()可获得(成功)加入的命令个数。

调用Clear()后可重用RedisRequest

RedisResponse

RedisResponse可能包含一个或多个RedisReply,reply_size()可获得reply的个数,reply(i)可获得第i个reply的引用(从0计数)。注意在hiredis中,如果请求包含了N个command,获取结果也要调用N次redisGetReply。但在brpc中这是不必要的,RedisResponse已经包含了N个reply,通过reply(i)获取就行了。只要RPC成功,response.reply_size()应与request.command_size()相等,除非redis-server有bug,redis-server工作的基本前提就是reply和command按序一一对应。

每个reply可能是:

  • REDIS_REPLY_NIL:redis中的NULL,代表值不存在。可通过is_nil()判定。
  • REDIS_REPLY_STATUS:在redis文档中称为Simple String。一般是操作的返回状态,比如SET返回的OK。可通过is_string()判定(和string相同),c_str()或data()获得值。
  • REDIS_REPLY_STRING:在redis文档中称为Bulk String。大多数值都是这个类型,包括incr返回的。可通过is_string()判定,c_str()或data()获得值。
  • REDIS_REPLY_ERROR:操作出错时的返回值,包含一段错误信息。可通过is_error()判定,error_message()获得错误信息。
  • REDIS_REPLY_INTEGER:一个64位有符号数。可通过is_integer()判定,integer()获得值。
  • REDIS_REPLY_ARRAY:另一些reply的数组。可通过is_array()判定,size()获得数组大小,[i]获得对应的子reply引用。

如果response包含三个reply,分别是integer,string和一个长度为2的array。那么可以分别这么获得值:response.reply(0).integer(),response.reply(1).c_str(), repsonse.reply(2)[0]和repsonse.reply(2)[1]。如果类型对不上,调用处的栈会被打印出来,并返回一个undefined的值。

response中的所有reply的ownership属于response。当response析构时,reply也析构了。

调用Clear()后RedisResponse可以重用。

访问redis集群

建立一个使用一致性哈希负载均衡算法(c_md5或c_murmurhash)的channel就能访问挂载在对应命名服务下的redis集群了。注意每个RedisRequest应只包含一个操作或确保所有的操作是同一个key。如果request包含了多个操作,在当前实现下这些操作总会送向同一个server,假如对应的key分布在多个server上,那么结果就不对了,这个情况下你必须把一个request分开为多个,每个包含一个操作。

或者你可以沿用常见的twemproxy方案。这个方案虽然需要额外部署proxy,还增加了延时,但client端仍可以像访问单点一样的访问它。

查看发出的请求和收到的回复

打开-redis_verbose即看到所有的redis request和response,注意这应该只用于线下调试,而不是线上程序。

打开-redis_verbose_crlf2space可让打印内容中的CRLF (\r\n)变为空格,方便阅读。

NameValueDescriptionDefined At
redis_verbosefalse[DEBUG] Print EVERY redis request/responsesrc/brpc/policy/redis_protocol.cpp
redis_verbose_crlf2spacefalse[DEBUG] Show \r\n as a spacesrc/brpc/redis.cpp

性能

redis版本:2.6.14

分别使用1,50,200个bthread同步压测同机redis-server,延时单位均为微秒。

  1. $ ./client -use_bthread -thread_num 1
  2. TRACE: 02-13 19:42:04: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=18668 latency=50
  3. TRACE: 02-13 19:42:05: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=17043 latency=52
  4. TRACE: 02-13 19:42:06: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=16520 latency=54
  5. $ ./client -use_bthread -thread_num 50
  6. TRACE: 02-13 19:42:54: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=301212 latency=164
  7. TRACE: 02-13 19:42:55: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=301203 latency=164
  8. TRACE: 02-13 19:42:56: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=302158 latency=164
  9. $ ./client -use_bthread -thread_num 200
  10. TRACE: 02-13 19:43:48: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=411669 latency=483
  11. TRACE: 02-13 19:43:49: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=411679 latency=483
  12. TRACE: 02-13 19:43:50: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=412583 latency=482

200个线程后qps基本到极限了。这里的极限qps比hiredis高很多,原因在于brpc默认以单链接访问redis-server,多个线程在写出时会以wait-free的方式合并,从而让redis-server就像被批量访问一样,每次都能从那个连接中读出一批请求,从而获得远高于非批量时的qps。下面通过连接池访问redis-server时qps的大幅回落是另外一个证明。

分别使用1,50,200个bthread一次发送10个同步压测同机redis-server,延时单位均为微秒。

  1. $ ./client -use_bthread -thread_num 1 -batch 10
  2. TRACE: 02-13 19:46:45: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=15880 latency=59
  3. TRACE: 02-13 19:46:46: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=16945 latency=57
  4. TRACE: 02-13 19:46:47: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=16728 latency=57
  5. $ ./client -use_bthread -thread_num 50 -batch 10
  6. TRACE: 02-13 19:47:14: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=38082 latency=1307
  7. TRACE: 02-13 19:47:15: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=38267 latency=1304
  8. TRACE: 02-13 19:47:16: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=38070 latency=1305
  9. PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
  10. 16878 gejun 20 0 48136 2436 1004 R 93.8 0.0 12:48.56 redis-server // thread_num=50
  11. $ ./client -use_bthread -thread_num 200 -batch 10
  12. TRACE: 02-13 19:49:09: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=29053 latency=6875
  13. TRACE: 02-13 19:49:10: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=29163 latency=6855
  14. TRACE: 02-13 19:49:11: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=29271 latency=6838
  15. PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
  16. 16878 gejun 20 0 48136 2508 1004 R 99.9 0.0 13:36.59 redis-server // thread_num=200

注意redis-server实际处理的qps要乘10。乘10后也差不多在40万左右。另外在thread_num为50或200时,redis-server的CPU已打满。注意redis-server是单线程reactor,一个核心打满就意味server到极限了。

使用50个bthread通过连接池方式同步压测同机redis-server。

  1. $ ./client -use_bthread -connection_type pooled
  2. TRACE: 02-13 18:07:40: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=75986 latency=654
  3. TRACE: 02-13 18:07:41: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=75562 latency=655
  4. TRACE: 02-13 18:07:42: * 0 client.cpp:180] Accessing redis server at qps=75238 latency=657
  5. PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
  6. 16878 gejun 20 0 48136 2520 1004 R 99.9 0.0 9:52.33 redis-server

可以看到qps相比单链接时有大幅回落,同时redis-server的CPU打满了。原因在于redis-server每次只能从一个连接中读到一个请求,IO开销大幅增加。这也是单个hiredis client的极限性能。

Command Line Interface

example/redis_c++/redis_cli是一个类似于官方CLI的命令行工具,以展示brpc对redis协议的处理能力。当使用brpc访问redis-server出现不符合预期的行为时,也可以使用这个CLI进行交互式的调试。

和官方CLI类似,redis_cli <command>也可以直接运行命令,-server参数可以指定redis-server的地址。

  1. $ ./redis_cli
  2. __ _ __
  3. / /_ ____ _(_)___/ /_ __ _________ _____
  4. / __ \/ __ `/ / __ / / / /_____/ ___/ __ \/ ___/
  5. / /_/ / /_/ / / /_/ / /_/ /_____/ / / /_/ / /__
  6. /_.___/\__,_/_/\__,_/\__,_/ /_/ / .___/\___/
  7. /_/
  8. This command-line tool mimics the look-n-feel of official redis-cli, as a
  9. demostration of brpc's capability of talking to redis server. The
  10. output and behavior is not exactly same with the official one.
  11. redis 127.0.0.1:6379> mset key1 foo key2 bar key3 17
  12. OK
  13. redis 127.0.0.1:6379> mget key1 key2 key3
  14. ["foo", "bar", "17"]
  15. redis 127.0.0.1:6379> incrby key3 10
  16. (integer) 27
  17. redis 127.0.0.1:6379> client setname brpc-cli
  18. OK
  19. redis 127.0.0.1:6379> client getname
  20. "brpc-cli"

修改于 2024年10月7日: Oncall report (1b7065e)