redis集群客户端JedisCluster优化 - 管道(pipeline)模式支持

Redis在3.0版正式引入了集群这个特性,扩展变得非常简单。然而当你开心的升级到3.0后,却发现有些很好用的功能现在工作不了了, 比如我们今天要聊的pipeline功能。

我们知道,普通的情况下,redis client与server之间采用的是请求应答的模式,即:

Client: command1
Server: response1
Client: command2
Server: response2

在这种情况下,如果要完成10个命令,则需要20次交互才能完成。因此,即使redis处理能力很强,仍然会受到网络传输影响,导致吞吐上不去。而在管道模式下,多个请求变成这样:

Client: command1,command2…
Server: response1,response2…

在这种情况下,完成命令只需要2次交互。这样网络传输上能够更加高效,加上redis本身强劲的处理能力,是不是有一种飞一样的感觉。听到这里有没有去优化应用的冲动? 然而到了cluster模式下,这样的功能并不支持。 下面我们先来分析下,是什么原因导致redis cluter没办法支持管道模式。首先需要了解集群下的几个特性:

  • 1、集群将空间分拆为16384个槽位(slot),每一个节点负责其中一些槽位。迁移时对整个slot迁移
  • 2、节点添加,或宕机或不可达的情况下可以正常使用
  • 3、不存在中心或者代理节点, 每个节点中都包含集群所有的节点信息
  • 4、集群中的节点不会代理请求:即如果client将命令发送到错误的节点上,操作会失败,但会返回”-MOVED”或”-ASK”,供client进行永久或临时的节点切换

以上信息中第3、4点信息比较重要。

我们先来看第3点,由于每个节点都包含所有的节点信息,因此client连接任一节点都可以获取整个集群的信息,这样我们在配置JedisCluster时只需要配置其中一部分节点的信息就可以(配置多个是为了高可用)。对应的获取集群命令为:cluster nodes

127.0.0.1:9380> cluster nodes
b6d0cfe64dbae9590e6fc4c5a8e309debcbe0529 127.0.0.1:9380 myself,master - 0 0 2 connected 5461-10922
b9e5592558aae0f28c79c3750b264d5b2530f6a4 127.0.0.1:9381 master - 0 1466758609932 3 connected 10923-16383
b40095eb2023653eaea5b7b4e242a77a7817889a 127.0.0.1:9379 master - 0 1466758608932 1 connected 0-5460

每一行代表一个节点的信息,这里共三个节点(测试用,没有建slave节点),依次的信息为:

{id} {ip:port} {flags如master/slave} {master id} {ping-sent} {pong-recv} {config-epoch} {link-state} {slot} {slot} … {slot}
参考: http://redis.io/commands/cluster-nodes

可以看到每个节点对应的slot信息都在这里,{slot}格式一般是{begin}-{end}(如0-5460),表示从{begin}到{end}的所有slot都在当前节点中。因此我们可以通过slot找到对应机器的ip:port。 注意,新版client中使用cluster slots获取对应数据 , 参考: http://redis.io/commands/cluster-slots 。

再来看第4点,由第3点可以知道client可以通过获取所有节点信息,根据key计算得到对应的slot后可以找到对应的节点。所以说在节点稳定(没有增减)的情况下,客户端可以一直用缓存的集群信息来发起各种命令。然而,如果节点发生变更客户端是否能够立即感知? 目前的client JedisCluster是无法感知的,他是通过执行命令后, 服务端返回的“-MOVED”信息感知节点的变化,并以此来刷新缓存信息。

了解以上信息以后,JedisCluster为什么不支持pipeline就比较清晰了。 因为pipeline模式下命令将被缓存到对应的连接(OutputStream)上,而在真正向服务端发送数据时,节点可能发生了改变,数据就可能发向了错误的节点,这导致批量操作失败,而要处理这种失败是非常复杂的。至少目前JedisCluster并未提供这样的机制。(对于单key来说,在发生这种情况的时候,进行简单的节点数据刷新+重新发送当前命令来重试)。

看到这里,你可能会感到沮丧(我猿类如此不易,且行且珍惜)。这里提供一个简单的思路,你可以根据单key的逻辑,如果某些key遇到”-MOVE”或”-ASK”则重试。 根据这个思路,你需要按顺序记录所有的命令,每次执行完成后找出异常的数据,刷新节点信息后重试,最终将重试(可能有多次)获取到的结果根据顺序信息插入返回列表。对于重试多次依然失败的数据,交由业务处理。思路很简单,然而redis命令太多了,要对PipelineBase的每个方法都这样改造,我不想(因为我懒呀),而且估计坑也很多,所以这个只能靠你自己去搞了。

下面我说下针对我们的业务做的一个JedisCluster pipeline实现。对应的业务有以下特点:
- 数据为每隔一段时间全量导入redis集群,数据量约xx万(xx较大)
- 导入任务为后台执行,可重试,最终如果有部分失败可接受
- 集群相对较稳定,不会频繁的加减机器
- 在线业务不使用该api

下面是该类的源码(jdk1.7),如在以上这几个条件下有问题,可以一起交流:
(github地址: https://github.com/youaremoon/jedis-ext)


package com.yam.common.redis;

import java.io.Closeable;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Queue;
import java.util.Set;

import javax.annotation.concurrent.NotThreadSafe;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import redis.clients.jedis.BinaryJedisCluster;
import redis.clients.jedis.Client;
import redis.clients.jedis.HostAndPort;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisCluster;
import redis.clients.jedis.JedisClusterConnectionHandler;
import redis.clients.jedis.JedisClusterInfoCache;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisSlotBasedConnectionHandler;
import redis.clients.jedis.PipelineBase;
import redis.clients.jedis.exceptions.JedisMovedDataException;
import redis.clients.jedis.exceptions.JedisRedirectionException;
import redis.clients.util.JedisClusterCRC16;
import redis.clients.util.SafeEncoder;

/**
 * 在集群模式下提供批量操作的功能。 
* 由于集群模式存在节点的动态添加删除,且client不能实时感知(只有在执行命令时才可能知道集群发生变更), * 因此,该实现不保证一定成功,建议在批量操作之前调用 refreshCluster() 方法重新获取集群信息。
* 应用需要保证不论成功还是失败都会调用close() 方法,否则可能会造成泄露。
* 如果失败需要应用自己去重试,因此每个批次执行的命令数量需要控制。防止失败后重试的数量过多。
* 基于以上说明,建议在集群环境较稳定(增减节点不会过于频繁)的情况下使用,且允许失败或有对应的重试策略。
* * * @author youaremoon * @version * @since Ver 1.1 */
@NotThreadSafe public class JedisClusterPipeline extends PipelineBase implements Closeable { private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(JedisClusterPipeline.class); // 部分字段没有对应的获取方法,只能采用反射来做 // 你也可以去继承JedisCluster和JedisSlotBasedConnectionHandler来提供访问接口 private static final Field FIELD_CONNECTION_HANDLER; private static final Field FIELD_CACHE; static { FIELD_CONNECTION_HANDLER = getField(BinaryJedisCluster.class, "connectionHandler"); FIELD_CACHE = getField(JedisClusterConnectionHandler.class, "cache"); } private JedisSlotBasedConnectionHandler connectionHandler; private JedisClusterInfoCache clusterInfoCache; private Queue clients = new LinkedList(); // 根据顺序存储每个命令对应的Client private Map jedisMap = new HashMap<>(); // 用于缓存连接 private boolean hasDataInBuf = false; // 是否有数据在缓存区 /** * 根据jedisCluster实例生成对应的JedisClusterPipeline * @param * @return */ public static JedisClusterPipeline pipelined(JedisCluster jedisCluster) { JedisClusterPipeline pipeline = new JedisClusterPipeline(); pipeline.setJedisCluster(jedisCluster); return pipeline; } public JedisClusterPipeline() { } public void setJedisCluster(JedisCluster jedis) { connectionHandler = getValue(jedis, FIELD_CONNECTION_HANDLER); clusterInfoCache = getValue(connectionHandler, FIELD_CACHE); } /** * 刷新集群信息,当集群信息发生变更时调用 * @param * @return */ public void refreshCluster() { connectionHandler.renewSlotCache(); } /** * 同步读取所有数据. 与syncAndReturnAll()相比,sync()只是没有对数据做反序列化 */ public void sync() { innerSync(null); } /** * 同步读取所有数据 并按命令顺序返回一个列表 * * @return 按照命令的顺序返回所有的数据 */ public List syncAndReturnAll() { List responseList = new ArrayList(); innerSync(responseList); return responseList; } private void innerSync(List formatted) { HashSet clientSet = new HashSet(); try { for (Client client : clients) { // 在sync()调用时其实是不需要解析结果数据的,但是如果不调用get方法,发生了JedisMovedDataException这样的错误应用是不知道的,因此需要调用get()来触发错误。 // 其实如果Response的data属性可以直接获取,可以省掉解析数据的时间,然而它并没有提供对应方法,要获取data属性就得用反射,不想再反射了,所以就这样了 Object data = generateResponse(client.getOne()).get(); if (null != formatted) { formatted.add(data); } // size相同说明所有的client都已经添加,就不用再调用add方法了 if (clientSet.size() != jedisMap.size()) { clientSet.add(client); } } } catch (JedisRedirectionException jre) { if (jre instanceof JedisMovedDataException) { // if MOVED redirection occurred, rebuilds cluster's slot cache, // recommended by Redis cluster specification refreshCluster(); } throw jre; } finally { if (clientSet.size() != jedisMap.size()) { // 所有还没有执行过的client要保证执行(flush),防止放回连接池后后面的命令被污染 for (Jedis jedis : jedisMap.values()) { if (clientSet.contains(jedis.getClient())) { continue; } flushCachedData(jedis); } } hasDataInBuf = false; close(); } } @Override public void close() { clean(); clients.clear(); for (Jedis jedis : jedisMap.values()) { if (hasDataInBuf) { flushCachedData(jedis); } jedis.close(); } jedisMap.clear(); hasDataInBuf = false; } private void flushCachedData(Jedis jedis) { try { jedis.getClient().getAll(); } catch (RuntimeException ex) { } } @Override protected Client getClient(String key) { byte[] bKey = SafeEncoder.encode(key); return getClient(bKey); } @Override protected Client getClient(byte[] key) { Jedis jedis = getJedis(JedisClusterCRC16.getSlot(key)); Client client = jedis.getClient(); clients.add(client); return client; } private Jedis getJedis(int slot) { JedisPool pool = clusterInfoCache.getSlotPool(slot); // 根据pool从缓存中获取Jedis Jedis jedis = jedisMap.get(pool); if (null == jedis) { jedis = pool.getResource(); jedisMap.put(pool, jedis); } hasDataInBuf = true; return jedis; } private static Field getField(Class cls, String fieldName) { try { Field field = cls.getDeclaredField(fieldName); field.setAccessible(true); return field; } catch (NoSuchFieldException | SecurityException e) { throw new RuntimeException("cannot find or access field '" + fieldName + "' from " + cls.getName(), e); } } @SuppressWarnings({"unchecked" }) private static T getValue(Object obj, Field field) { try { return (T)field.get(obj); } catch (IllegalArgumentException | IllegalAccessException e) { LOGGER.error("get value fail", e); throw new RuntimeException(e); } } public static void main(String[] args) throws IOException { Set nodes = new HashSet(); nodes.add(new HostAndPort("127.0.0.1", 9379)); nodes.add(new HostAndPort("127.0.0.1", 9380)); JedisCluster jc = new JedisCluster(nodes); long s = System.currentTimeMillis(); JedisClusterPipeline jcp = JedisClusterPipeline.pipelined(jc); jcp.refreshCluster(); List batchResult = null; try { // batch write for (int i = 0; i < 10000; i++) { jcp.set("k" + i, "v1" + i); } jcp.sync(); // batch read for (int i = 0; i < 10000; i++) { jcp.get("k" + i); } batchResult = jcp.syncAndReturnAll(); } finally { jcp.close(); } // output time long t = System.currentTimeMillis() - s; System.out.println(t); System.out.println(batchResult.size()); // 实际业务代码中,close要在finally中调,这里之所以没这么写,是因为懒 jc.close(); } }

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