39 | Redis 6.0的新特性:多线程、客户端缓存与安全

文章目录

  • Redis核心技术与实战
    • 未来篇
      • 39 | Redis 6.0的新特性:多线程、客户端缓存与安全
        • 面向网络处理的多 IO 线程
        • 实现服务端协助的客户端缓存
        • 从简单的基于密码访问到细粒度的权限控制
        • 启用 RESP 3 协议


Redis核心技术与实战

未来篇

39 | Redis 6.0的新特性:多线程、客户端缓存与安全

Redis 6.0 中新增了 4 个关键新特性,分别是面向网络处理的多 IO 线程客户端缓存细粒度的权限控制,以及 RESP 3 协议的使用

面向网络处理的多 IO 线程可以提高网络请求处理的速度,而客户端缓存可以让应用直接在客户端本地读取数据,这两个特性可以提升 Redis 的性能。除此之外,细粒度权限控制让 Redis 可以按照命令粒度控制不同用户的访问权限,加强了 Redis 的安全保护。RESP 3 协议则增强客户端的功能,可以让应用更加方便地使用 Redis 的不同数据类型。

面向网络处理的多 IO 线程

Redis 的多 IO 线程只是用来处理网络请求,对于读写命令,Redis 仍然使用单线程来处理。因为,Redis 处理请求时,网络处理经常是瓶颈,通过多个 IO 线程并行处理网络操作,可以提升实例的整体处理性能。而继续使用单线程执行命令操作,就不用为了保证 Lua 脚本、事务的原子性,额外开发多线程互斥机制。

主线程和多 IO 线程的协作分成四个阶段:

  • 阶段一:服务端和客户端建立 Socket 连接,并分配处理线程
    主线程负责接收建立连接请求。当有客户端请求和实例建立 Socket 连接时,主线程会创建和客户端的连接,并把 Socket 放入全局等待队列中。然后,主线程通过轮询方法把 Socket 连接分配给 IO 线程。
  • 阶段二:IO 线程读取并解析请求
    主线程一旦把 Socket 分配给 IO 线程,就会进入阻塞状态,等待 IO 线程完成客户端请求读取和解析。
  • 阶段三:主线程执行请求操作
    等到 IO 线程解析完请求,主线程还是会以单线程的方式执行这些命令操作。

  • 阶段四:IO 线程回写 Socket 和主线程清空全局队列
    当主线程执行完请求操作后,会把需要返回的结果写入缓冲区。然后,主线程会阻塞等待 IO 线程把这些结果回写到 Socket 中,并返回给客户端。等到 IO 线程回写 Socket 完毕,主线程会清空全局队列,等待客户端的后续请求。

39 | Redis 6.0的新特性:多线程、客户端缓存与安全_第1张图片
39 | Redis 6.0的新特性:多线程、客户端缓存与安全_第2张图片

Redis 6.0 中,多线程机制默认是关闭的,如果需要使用多线程功能,需要在 redis.conf 中完成两个设置:

  1. 设置 io-thread-do-reads 配置项为 yes,表示启用多线程。
io-threads-do-reads yes
  1. 设置线程个数。一般来说,线程个数要小于 Redis 实例所在机器的 CPU 核个数,例如,对于一个 8 核的机器来说,Redis 官方建议配置 6 个 IO 线程。
io-threads  6

如果在实际应用中,发现 Redis 实例的 CPU 开销不大,吞吐量却没有提升,可以考虑使用 Redis 6.0 的多线程机制,加速网络处理,进而提升实例的吞吐量。

实现服务端协助的客户端缓存

Redis 6.0 新增了一个重要的特性,就是实现了服务端协助的客户端缓存功能,也称为跟踪(Tracking)功能。业务应用中的 Redis 客户端把读取的数据缓存到业务应用本地,应用可以直接在本地快速读取数据。

Tracking 功能实现了两种模式:

  • 第一种模式是普通模式
    在这个模式下,实例会在服务端记录客户端读取过的 key,并监测 key 是否有修改。一旦 key 的值发生变化,服务端会给客户端发送 invalidate 消息,通知客户端缓存失效。
    在使用普通模式时,服务端对于记录的 key 只会报告一次 invalidate 消息,也就是说,服务端在给客户端发送过一次 invalidate 消息后,如果 key 再被修改,此时,服务端就不会再次给客户端发送 invalidate 消息。只有当客户端再次执行读命令时,服务端才会再次监测被读取的 key,并在 key 修改时发送 invalidate 消息。 这样设计的考虑是节省有限的内存空间。毕竟,如果客户端不再访问这个 key,而服务端仍然记录 key 的修改情况,就会浪费内存资源。
    通过执行下面的命令,打开或关闭普通模式下的 Tracking 功能。
CLIENT TRACKING ON|OFF
  • 第二种模式是广播模式
    在这个模式下,服务端会给客户端广播所有 key 的失效情况。 如果 key 被频繁修改,服务端会发送大量的失效广播消息,消耗大量的网络带宽资源。
    在实际应用时,让客户端注册希望跟踪的 key 的前缀,当带有注册前缀的 key 被修改时,服务端会把失效消息广播给所有注册的客户端。和普通模式不同,在广播模式下,即使客户端还没有读取过 key,但只要它注册了要跟踪的 key,服务端都会把 key 失效消息通知给这个客户端。
CLIENT TRACKING ON BCAST PREFIX user

普通模式和广播模式,需要客户端使用 RESP 3 协议,RESP 3 协议是 6.0 新启用的通信协议。

对于使用 RESP 2 协议的客户端来说,就需要使用另一种模式,也就是重定向模式(redirect)。在重定向模式下,想要获得失效消息通知的客户端,就需要执行订阅命令 SUBSCRIBE,专门订阅用于发送失效消息的频道 _ redis _:invalidate。同时,再使用另外一个客户端,执行 CLIENT TRACKING 命令,设置服务端将失效消息转发给使用 RESP 2 协议的客户端。

//客户端B执行,客户端B的ID号是303
SUBSCRIBE _redis_:invalidate

//客户端A执行
CLIENT TRACKING ON BCAST REDIRECT 303
从简单的基于密码访问到细粒度的权限控制

在 Redis 6.0 版本之前,要想实现实例的安全访问,只能通过设置密码来控制。对于一些高风险的命令(例如 KEYS、FLUSHDB、FLUSHALL 等),在 Redis 6.0 之前,也只能通过 rename-command 来重新命名这些命令,避免客户端直接调用。

6.0 版本支持创建不同用户来使用 Redis。

在 6.0 中,可以使用 ACL SETUSER 命令创建用户。例如,创建并启用一个用户 normaluser,把它的密码设置为 “abc”:

ACL SETUSER normaluser on > abc

6.0 版本还支持以用户为粒度设置命令操作的访问权限。

// 设置用户 normaluser 只能调用 Hash 类型的命令操作,而不能调用 String 类型的命令操作
ACL SETUSER normaluser +@hash -@string

6.0 版本还支持以 key 为粒度设置访问权限。

具体的做法是使用波浪号“~”和 key 的前缀来表示控制访问的 key。

// 设置用户 normaluser 只能对以“user:”为前缀的 key 进行命令操作
ACL SETUSER normaluser ~user:* +@all
启用 RESP 3 协议

在 RESP 2 中,客户端和服务器端的通信内容都是以字节数组形式进行编码的,客户端需要根据操作的命令或是数据类型自行对传输的数据进行解码,增加了客户端开发复杂度。

RESP 3 直接支持多种数据类型的区分编码,包括空值、浮点数、布尔值、有序的字典集合、无序的集合等。
所谓区分编码,就是指直接通过不同的开头字符,区分不同的数据类型,客户端可以直接通过判断传递消息的开头字符,来实现数据转换操作,提升了客户端的效率。除此之外,RESP 3 协议还可以支持客户端以普通模式和广播模式实现客户端缓存。

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