Redis 六新特性與效能最佳化實踐

Redis 6 的 RESP3 通訊協定和使用者端快取特性為開發者提供了更強大的功能和效能提升。RESP3 允許客戶端以更直觀的方式與 Redis 伺服器互動，並支援更複雜的資料型別。使用者端快取則透過在應用程式端快取資料，減少了對 Redis 伺服器的請求次數，從而降低伺服器負載並提升應用程式效能。理解並善用這兩個特性，能有效提升 Redis 應用程式的效率和使用者經驗。

Redis 6 新特性：RESP3 與使用者端快取

Redis 6 引入了兩個重要的新特性，分別是 RESP3 通訊協定和使用者端快取（Client-side Caching）。這兩個特性顯著提升了 Redis 的效能和可用性。

RESP3 通訊協定

RESP3 是 Redis Serialization Protocol 的第三版，旨在解決 RESP2 的限制並提供更強大的功能。RESP3 的主要優點包括：

簡潔的人類可讀格式，同時具備更強大的客戶端-伺服器通訊能力。
適合資料函式庫應用，能夠傳回複雜的資料型別並提供相關的輔助資訊。
語義化的回覆，例如 HGETALL 將傳回一個 map 型別，使客戶端函式庫實作無需事先知道如何將陣列轉換為雜湊表。

RESP3 的優勢

自動檢測協定版本：新的客戶端可以與 Redis <= 5 和 Redis 6 協同工作。
更少的隱含狀態依賴：減少了對連線狀態的依賴，使通訊協定更為穩健。

RESP3 的實作範例

要啟用 RESP3 模式，客戶端需要呼叫 HELLO 命令，並將 “3” 作為第一個引數：

HELLO 3

伺服器將傳回一個包含伺服器資訊的 map：

1# "server" => "redis"
2# "version" => "6.0.0"
3# "proto" => (integer)3
4# "id" => (integer)10
5# "mode" => "standalone"
6# "role" => "master"
7# "modules" => (empty array)

使用者端快取（Client-side Caching）

使用者端快取是一種利用應用程式端儲存來快取最近從 Redis 請求的資料的技術，直到資料在 Redis 資料函式庫端發生變化。這種技術可以減少對 Redis 的不必要請求，提高應用程式的效能。

使用者端快取的優點

更好的使用者經驗：資料從本地快取中提供，速度更快。
離線支援：即使在沒有網路連線的情況下，也可以支援某些功能。
減少伺服器負載：減少了對 Redis 的請求，節省了伺服器資源。

使用者端快取的挑戰

使用者端快取的主要挑戰是如何在資料函式庫端發生變化時通知客戶端。Redis 6 提供了兩種模式來支援使用者端快取：

預設模式：伺服器會記住每個客戶端存取的鍵，並在鍵發生變化時傳送失效訊息給客戶端。
廣播模式：伺服器會廣播鍵的變化，客戶端可以重新取得鍵的值或從本地快取中刪除鍵。

使用者端快取的實作

在預設模式下，客戶端需要啟用追蹤功能，伺服器才會記住客戶端存取的鍵。當鍵發生變化時，伺服器會傳送失效訊息給客戶端，客戶端需要刪除本地快取中的對應鍵。

import redis

# 建立 Redis 客戶端
client = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

# 啟用追蹤功能
client.execute_command('CLIENT TRACKING ON')

# 取得鍵的值
value = client.get('key')

# 將值儲存在本地快取中
local_cache['key'] = value

# 當收到失效訊息時，刪除本地快取中的鍵
def on_invalidation_message(message):
    if message['type'] == 'invalidate':
        key = message['key']
        if key in local_cache:
            del local_cache[key]

# 註冊失效訊息的監聽器
client.pubsub().subscribe('__redis__:invalidate', on_invalidation_message)

程式碼解析

首先，建立一個 Redis 客戶端並啟用追蹤功能。
然後，取得鍵的值並將其儲存在本地快取中。
當收到失效訊息時，刪除本地快取中的對應鍵。
最後，註冊一個失效訊息的監聽器，以便在收到失效訊息時執行對應的操作。

使用者端快取的最佳實踐

只快取頻繁存取且不經常變化的資料。
設定合理的快取過期時間，以避免資料過時。
使用 Redis 的 CLIENT TRACKING 命令來啟用追蹤功能。

Redis 效能最佳化與新功能解析

Redis 是一個高效能的鍵值資料函式庫，其效能最佳化一直是開發者和系統管理員關注的重點。隨著 Redis 6 和 Redis 6.2 的推出，Redis 引入了諸多新功能和改進，如使用者端追蹤（Client Tracking）、執行緒 I/O（Threaded I/O）等，大幅提升了 Redis 的效能和可擴充套件性。本文將探討這些新功能和最佳實踐。

使用者端追蹤（Client Tracking）

使用者端追蹤是 Redis 6 引入的新功能，旨在支援使用者端的本地快取，並在伺服器端追蹤使用者端存取的鍵。當這些鍵被修改時，伺服器會通知使用者端，使其本地快取失效。使用者端追蹤有兩種模式：預設模式和廣播模式。

預設模式

在預設模式下，伺服器會維護一個失效表（Invalidation Table），記錄使用者端存取的鍵和對應的使用者端 ID。當某個鍵被修改時，伺服器會查詢失效表，並向相關使用者端傳送失效訊息。

>> CLIENT TRACKING on REDIRECT 345 OPTIN
>> CLIENT CACHING YES
+OK
>> GET product-data:456
"data"

廣播模式

在廣播模式下，伺服器不會維護失效表，而是根據使用者端指定的字首（Prefix）向相關使用者端廣播失效訊息。

>> CLIENT TRACKING on REDIRECT 10 BCAST PREFIX product-data:

最佳實踐

使用 NOLOOP 選項：預設情況下，即使是修改鍵的使用者端也會收到失效訊息。如果使用者端無法立即處理這些訊息，可以使用 NOLOOP 選項避免接收這些訊息。
斷線後重新整理本地快取：當使用者端與伺服器斷線後，應重新整理本地快取，以避免使用過期的資料。
使用相同的連線進行資料命令和失效訊息：這樣可以避免競爭條件（Race Condition），因為訊息的順序是有保證的。

執行緒 I/O（Threaded I/O）

Redis 6 引入了執行緒 I/O，以提升效能。預設情況下，Redis 是單執行緒的，但透過啟用執行緒 I/O，可以利用多核心 CPU 的優勢，提升效能。

組態執行緒 I/O

啟用執行緒 I/O：在 Redis 組態檔中設定 io-threads 的值，例如設定為 4。
啟用讀取執行緒：預設情況下，執行緒 I/O 只用於寫入操作。如果需要，可以透過設定 io-threads-do-reads 為 yes 來啟用讀取執行緒。

最佳實踐

至少 4 核心：執行緒 I/O 在多核心 CPU 上表現更好。
分離讀寫操作：使用不同的執行緒處理讀寫操作。
僅在效能問題時使用：執行緒 I/O 會增加複雜度，因此僅在遇到效能問題時才使用。
最多使用 70% 的 CPU 核心：例如，在 4 核心 CPU 上，使用 2 或 3 個 I/O 執行緒；在 8 核心 CPU 上，使用 6 個 I/O 執行緒。

Redis 6.2 新功能

Redis 6.2 引入了多項新功能和改進，包括：

新命令：如 HRANDFIELD、ZRANDMEMBER、GETEX、GETDEL 等。
增強的 SET 命令：新增 PXAT 和 EXAT 引數。
Sentinel 增強：支援主機名稱，並修復了組態檔案順序相依性的問題。
新的組態選項：如 lazyfree-lazy-user-flush，用於控制 FLUSHALL、FLUSHDB 和 SCRIPT FLUSH 的行為。

Redis 工具箱：深入探索 Redis CLI 與 RedisInsight

Redis 不僅是一個高效能的鍵值資料函式庫，其配套的工具也為開發者提供了強大的支援。在本章中，我們將探討 Redis CLI 和 RedisInsight 這兩款重要的工具，以及如何利用 Redis 社群資源來獲得幫助和最新資訊。

使用 Redis CLI

Redis CLI 是與 Redis 資料函式庫互動的主要介面。透過 Redis CLI，開發者可以進行各種操作，從簡單的鍵值操作到複雜的資料分析和監控。

Redis CLI 的多種操作模式

Redis CLI 支援多種操作模式，包括互動模式（REPL）、命令模式以及使用 RedisInsight。以下我們將詳細介紹這些模式及其使用方法。

互動模式（REPL）

在互動模式下，Redis CLI 提供了一個類別似於 shell 的環境，讓使用者可以連續輸入命令並檢視結果。這種模式非常適合於探索 Redis 的功能和測試命令。

$ redis-cli
127.0.0.1:6379> PING
PONG

命令模式

命令模式允許使用者直接在終端機輸入完整的 Redis 命令，無需進入互動模式。這種模式適合於指令碼編寫和自動化任務。

$ redis-cli PING
PONG

連線到遠端 Redis 例項

預設情況下，Redis CLI 連線到本地的 Redis 伺服器（127.0.0.1:6379）。如果需要連線到遠端 Redis 例項，可以使用 -h 和 -p 引數指定主機名稱和連線埠。

$ redis-cli -h redis-database.mydomain.in -p 6379
redis-database.mydomain.in:6379> PING
PONG

#### 內容解密：

此命令展示瞭如何使用 Redis CLI 連線到遠端 Redis 伺服器。其中，-h 引數指定主機名稱，-p 引數指定連線埠。這種靈活性使得 Redis CLI 成為管理多個 Redis 例項的有力工具。

資訊查詢與監控

Redis CLI 提供了豐富的資訊查詢功能，例如使用 INFO 命令可以取得 Redis 例項的詳細資訊，包括鍵空間、伺服器資訊等。

127.0.0.1:6379> INFO keyspace
# Keyspace
db0:keys=61,expires=0,avg_ttl=0
db1:keys=5,expires=0,avg_ttl=0

127.0.0.1:6379> INFO server
# Server
redis_version:5.0.4
redis_git_sha1:00000000
redis_git_dirty:0
redis_build_id:42f2e7e3da9babed
redis_mode:standalone
...

#### 內容解密：

INFO 命令是 Redis CLI 中一個非常有用的工具，它提供了關於 Redis 例項的詳細資訊。透過指定不同的引數（如 keyspace 和 server），可以取得特定類別的資訊。這有助於開發者瞭解 Redis 例項的當前狀態和組態。

即時監控

使用 --stat 選項，Redis CLI 可以即時監控 Redis 例項的狀態，包括鍵數量、記憶體使用情況等。

$ redis-cli --stat

#### 內容解密：

--stat 選項使得 Redis CLI 能夠即時顯示 Redis 例項的關鍵指標，如鍵數量、記憶體使用量等。這對於監控 Redis 例項的健康狀態非常有幫助。

命令統計

透過 INFO commandstats 命令，可以取得 Redis 命令的執行統計資料，包括各個命令的呼叫次數、總耗時等。

127.0.0.1:6379> INFO commandstats
# Commandstats
cmdstat_hlen:calls=17,usec=51,usec_per_call=3.00
cmdstat_command:calls=4,usec=10019,usec_per_call=2504.75
...

#### 內容解密：

INFO commandstats 提供了 Redis 命令的詳細執行統計，這對於效能分析和調優非常有幫助。透過分析這些統計資料，可以找出效能瓶頸並進行最佳化。

使用 RedisInsight

RedisInsight 是 Redis Labs 提供的一款強大的視覺化工具，用於管理和監控 Redis 資料函式庫。它提供了直觀的介面，讓開發者可以輕鬆瀏覽、分析和監控 Redis 資料。

RedisInsight 的主要功能

資料瀏覽：提供直觀的介面來瀏覽 Redis 中的資料。
效能監控：即時監控 Redis 的效能指標，如記憶體使用、命中率等。
命令分析：分析 Redis 命令的執行情況，幫助最佳化效能。
資料管理：支援對 Redis 資料的增刪改查操作。

如何使用 RedisInsight

下載並安裝 RedisInsight。
組態 RedisInsight 連線到你的 Redis 例項。
使用 RedisInsight 提供的功能來管理和監控你的 Redis 資料函式庫。

Redis 社群資源

Redis 擁有一個活躍的社群，提供了多種資源來幫助開發者解決問題和取得最新資訊。

Redis 社群的主要資源

官方檔案：Redis 官方提供了詳細的技術檔案和。
論壇和郵件列表：Redis 社群論壇和郵件列表是提問和交流的好地方。
GitHub 倉函式庫：Redis 的原始碼託管在 GitHub 上，開發者可以在此提交問題和貢獻程式碼。

如何利用 Redis 社群資源

查閱官方檔案以取得詳細的技術資訊。
在論壇和郵件列表上提問，獲得社群的幫助。
參與 GitHub 上的討論，貢獻程式碼或提交問題。

Redis 資料函式倉管理與社群資源深度解析

Redis 作為一個高效能的鍵值資料函式庫，其管理和監控工具對於確保系統穩定運作至關重要。本文將探討 Redis 的管理工具、社群資源，以及如何有效利用這些資源來最佳化 Redis 的使用。

Redis 資料函式倉管理工具

Redis-CLI：命令列工具詳解

Redis-CLI 是 Redis 官方提供的命令列工具，用於與 Redis 資料函式庫進行互動。透過 Redis-CLI，管理員可以執行各種操作，如鍵值查詢、資料刪除、效能監控等。

# 執行 Redis-CLI 命令
redis-cli info keyspace

內容解密：

上述命令用於查詢目前 Redis 資料函式庫中的鍵空間資訊。透過分析這些資訊，管理員可以瞭解資料函式庫的整體狀況，包括鍵的數量、鍵的型別等。

RedisInsight：視覺化管理工具

RedisInsight 是 Redis Labs 收購 RDBTools 後重新包裝並免費提供給開發者使用的視覺化管理工具。它提供了豐富的功能，包括資料視覺化、效能監控、記憶體分析等。

RedisInsight 的主要功能包括：

資料視覺化：透過 Web-based GUI 直觀地檢視和管理 Redis 資料。
記憶體分析：進行即時或離線記憶體使用分析，找出記憶體洩漏問題。
效能最佳化：提供熱鍵和熱命令分析，協助最佳化 Redis 效能。
叢集管理：支援 Redis 叢集的監控、管理和組態。

Redis 社群資源

Redis 擁有一個活躍的開發者社群，提供了豐富的資源和支援。

Redis 開源專案

Redis 的官方網站（redis.io）是取得最新開發資訊、下載和檔案的主要來源。此外，Redis 的 GitHub 頁面也提供了原始碼、錯誤報告和版本更新資訊。

郵件列表與社群論壇

Redis 的郵件列表是開發者和使用者取得幫助和提供反饋的主要通路。此外，Redis 社群還包括了眾多的 Google 群組、Meetup 群組和論壇，這些都是交流和學習 Redis 的重要平台。

部落格與專家資源

許多 Redis 專家和開發者在個人部落格或社群平台上分享他們的經驗和知識。Redis Labs 也維護了一個 Redis 專家列表，列出了眾多 Redis 社群的重要人物和貢獻者。

Redis 資料函式庫最佳化實踐

記憶體最佳化

透過 RedisInsight 的記憶體分析功能，可以識別出記憶體使用較高的鍵，並進行相應的最佳化。例如，對於大型字串或集合，可以考慮使用壓縮或最佳化資料結構。

# 使用壓縮減少記憶體使用範例
import zlib

data = "Order:523532" * 1000  # 模擬大型資料
compressed_data = zlib.compress(data.encode('utf-8'))
print(f"原始大小：{len(data)}，壓縮後大小：{len(compressed_data)}")

內容解密：

上述 Python 範例展示瞭如何使用 zlib 函式庫對大型資料進行壓縮，以減少記憶體使用。透過壓縮，可以有效降低 Redis 中大型字串的記憶體佔用。

效能最佳化

RedisInsight 提供的熱鍵和熱命令分析功能，可以協助識別效能瓶頸。對於熱鍵，可以考慮使用 Redis 叢集進行分散；對於熱命令，可以最佳化命令的使用方式或使用 pipeline 減少網路延遲。

# 使用 pipeline 最佳化命令執行範例
redis-cli --pipe <<EOF
SET key1 value1
SET key2 value2
GET key1
EOF

內容解密：

上述命令範例展示瞭如何使用 Redis-CLI 的 pipeline 功能，將多個命令封裝傳送給 Redis 伺服器，以減少網路延遲並提升效能。

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。

Redis 六 新特性與效能最佳化實踐

Redis 6 新特性：RESP3 與使用者端快取

RESP3 通訊協定

RESP3 的優勢

RESP3 的實作範例

使用者端快取（Client-side Caching）

使用者端快取的優點

使用者端快取的挑戰

使用者端快取的實作

程式碼解析

使用者端快取的最佳實踐

Redis 效能最佳化與新功能解析

使用者端追蹤（Client Tracking）

預設模式

廣播模式

最佳實踐

執行緒 I/O（Threaded I/O）

組態執行緒 I/O

最佳實踐

Redis 6.2 新功能

Redis 工具箱：深入探索 Redis CLI 與 RedisInsight

使用 Redis CLI

Redis CLI 的多種操作模式

互動模式（REPL）

命令模式

連線到遠端 Redis 例項

#### 內容解密：

資訊查詢與監控

#### 內容解密：

即時監控

#### 內容解密：

命令統計

#### 內容解密：

使用 RedisInsight

RedisInsight 的主要功能

如何使用 RedisInsight

Redis 社群資源

Redis 社群的主要資源

如何利用 Redis 社群資源

Redis 資料函式倉管理與社群資源深度解析

Redis 資料函式倉管理工具

Redis-CLI：命令列工具詳解

內容解密：

RedisInsight：視覺化管理工具

Redis 社群資源

Redis 開源專案

郵件列表與社群論壇

部落格與專家資源

Redis 資料函式庫最佳化實踐

記憶體最佳化

內容解密：

效能最佳化

內容解密：

玄貓

Redis 六新特性與效能最佳化實踐