在RedisTemplate中使用scan代替keys指令

keys * 这个命令千万别在生产环境乱用。特别是数据庞大的情况下。因为Keys会引发Redis锁，并且增加Redis的CPU占用。很多公司的运维都是禁止了这个命令的

当需要扫描key，匹配出自己需要的key时，可以使用 scan 命令

scan操作的Helper实现

import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnection;
import org.springframework.data.redis.core.Cursor;
import org.springframework.data.redis.core.ScanOptions;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class RedisHelper {
    
    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    
    /**
     * scan 实现
     * @param pattern    表达式
     * @param consumer    对迭代到的key进行操作
     */
    public void scan(String pattern, Consumer consumer) {
        this.stringRedisTemplate.execute((RedisConnection connection) -> {
            try (Cursor cursor = connection.scan(ScanOptions.scanOptions().count(Long.MAX_VALUE).match(pattern).build())) {
                cursor.forEachRemaining(consumer);
                return null;
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
    }

    /**
     * 获取符合条件的key
     * @param pattern    表达式
     * @return
     */
    public List keys(String pattern) {
        List keys = new ArrayList<>();
        this.scan(pattern, item -> {
            //符合条件的key
            String key = new String(item,StandardCharsets.UTF_8);
            keys.add(key);
        });
        return keys;
    }
}

但是会有一个问题：没法移动cursor，也只能scan一次，并且容易导致redis链接报错

先了解下scan、hscan、sscan、zscan

http://doc.redisfans.com/key/scan.html

keys 为啥不安全？

• keys的操作会导致数据库暂时被锁住，其他的请求都会被堵塞；业务量大的时候会出问题

Spring RedisTemplate实现scan

1. hscan sscan zscan

• 例子中的"field"是值redis的key，即从key为"field"中的hash中查找
• redisTemplate的opsForHash，opsForSet，opsForZSet 可以 分别对应 sscan、hscan、zscan
• 当然这个网上的例子其实也不对，因为没有拿着cursor遍历，只scan查了一次
• 可以偷懒使用 .count(Integer.MAX_VALUE)，一下子全查回来；但是这样子和 keys 有啥区别呢？搞笑脸 & 疑问脸
• 可以使用 (JedisCommands) connection.getNativeConnection()的 hscan、sscan、zscan 方法实现cursor遍历，参照下文2.2章节

try {
    Cursor> cursor = redisTemplate.opsForHash().scan("field",
    ScanOptions.scanOptions().match("*").count(1000).build());
    while (cursor.hasNext()) {
        Object key = cursor.next().getKey();
        Object valueSet = cursor.next().getValue();
    }
    //关闭cursor
    cursor.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

• cursor.close(); 游标一定要关闭，不然连接会一直增长；可以使用client listsinfo clientsinfo stats命令查看客户端连接状态，会发现scan操作一直存在
• 我们平时使用的redisTemplate.execute 是会主动释放连接的，可以查看源码确认

client list
......
id=1531156 addr=xxx:55845 fd=8 name= age=80 idle=11 flags=N db=0 sub=0 psub=0 multi=-1 qbuf=0 qbuf-free=0 obl=0 oll=0 omem=0 events=r cmd=scan
......
org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate#execute(org.springframework.data.redis.core.RedisCallback, boolean, boolean)

finally {
    RedisConnectionUtils.releaseConnection(conn, factory);
}

2. scan

2.1 网上给的例子多半是这个

• 这个 connection.scan 没法移动cursor，也只能scan一次

public Set scan(String matchKey) {
    Set keys = redisTemplate.execute((RedisCallback>) connection -> {
        Set keysTmp = new HashSet<>();
        Cursor cursor = connection.scan(new ScanOptions.ScanOptionsBuilder().match("*"   matchKey   "*").count(1000).build());
        while (cursor.hasNext()) {
            keysTmp.add(new String(cursor.next()));
        }
        return keysTmp;
    });

    return keys;
}

2.2 使用 MultiKeyCommands

• 获取 connection.getNativeConnection；connection.getNativeConnection()实际对象是Jedis（debug可以看出） ，Jedis实现了很多接口

public class Jedis extends BinaryJedis implements JedisCommands, MultiKeyCommands, AdvancedJedisCommands, ScriptingCommands, BasicCommands, ClusterCommands, SentinelCommands 

• 当 scan.getStringCursor() 存在 且不是 0 的时候，一直移动游标获取

public Set scan(String key) {
    return redisTemplate.execute((RedisCallback>) connection -> {
        Set keys = Sets.newHashSet();

        JedisCommands commands = (JedisCommands) connection.getNativeConnection();
        MultiKeyCommands multiKeyCommands = (MultiKeyCommands) commands;

        ScanParams scanParams = new ScanParams();
        scanParams.match("*"   key   "*");
        scanParams.count(1000);
        ScanResult scan = multiKeyCommands.scan("0", scanParams);
        while (null != scan.getStringCursor()) {
            keys.addAll(scan.getResult());
            if (!StringUtils.equals("0", scan.getStringCursor())) {
                scan = multiKeyCommands.scan(scan.getStringCursor(), scanParams);
                continue;
            } else {
                break;
            }
        }

        return keys;
    });
}

发散思考

cursor没有close，到底谁阻塞了，是 Redis 么

• 测试过程中，我基本只要发起十来个scan操作，没有关闭cursor，接下来的请求都卡住了

redis侧分析

• client listsinfo clientsinfo stats查看
  发现 连接数 只有 十几个，也没有阻塞和被拒绝的连接
• config get maxclients查询redis允许的最大连接数 是 10000

1) "maxclients"
2) "10000"`

• redis-cli在其他机器上也可以直接登录 操作

综上，redis本身没有卡死

应用侧分析

• netstat查看和redis的连接，6333是redis端口；连接一直存在

➜  ~ netstat -an | grep 6333
netstat -an | grep 6333
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52981      xx.xx.xx.bb.6333     ESTABLISHED
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52979      xx.xx.xx.bb.6333     ESTABLISHED
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52976      xx.xx.xx.bb.6333     ESTABLISHED
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52971      xx.xx.xx.bb.6333     ESTABLISHED
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52969      xx.xx.xx.bb.6333     ESTABLISHED
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52967      xx.xx.xx.bb.6333     ESTABLISHED
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52964      xx.xx.xx.bb.6333     ESTABLISHED
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52961      xx.xx.xx.bb.6333     ESTABLISHED

• jstack查看应用的堆栈信息
  发现很多 WAITING 的 线程，全都是在获取redis连接
  所以基本可以断定是应用的redis线程池满了

"http-nio-7007-exec-2" #139 daemon prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fda36c1c000 nid=0xdd03 waiting on condition [0x00007000171ff000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
        at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
        - parking to wait for  <0x00000006c26ef560> (a java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject)
        at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
        at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:2039)
        at org.apache.commons.pool2.impl.LinkedBlockingDeque.takeFirst(LinkedBlockingDeque.java:590)
        at org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPool.borrowObject(GenericObjectPool.java:441)
        at org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPool.borrowObject(GenericObjectPool.java:362)
        at redis.clients.util.Pool.getResource(Pool.java:49)
        at redis.clients.jedis.JedisPool.getResource(JedisPool.java:226)
        at redis.clients.jedis.JedisPool.getResource(JedisPool.java:16)
        at org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory.fetchJedisConnector(JedisConnectionFactory.java:276)
        at org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory.getConnection(JedisConnectionFactory.java:469)
        at org.springframework.data.redis.core.RedisConnectionUtils.doGetConnection(RedisConnectionUtils.java:132)
        at org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate.executeWithStickyConnection(RedisTemplate.java:371)
        at org.springframework.data.redis.core.DefaultHashOperations.scan(DefaultHashOperations.java:244)

综上，是应用侧卡死

后续

• 过了一个中午，redis client lists显示 scan 连接还在，没有释放；应用线程也还是处于卡死状态
• 检查 config get timeout，redis未设置超时时间，可以用 config set timeout xxx设置，单位秒；但是设置了redis的超时，redis释放了连接，应用还是一样卡住

1) "timeout"
2) "0"

• netstat查看和redis的连接，6333是redis端口；连接从ESTABLISHED变成了CLOSE_WAIT；
• jstack和 原来表现一样，卡在JedisConnectionFactory.getConnection

➜  ~ netstat -an | grep 6333
netstat -an | grep 6333
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52981      xx.xx.xx.bb.6333     CLOSE_WAIT
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52979      xx.xx.xx.bb.6333     CLOSE_WAIT
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52976      xx.xx.xx.bb.6333     CLOSE_WAIT
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52971      xx.xx.xx.bb.6333     CLOSE_WAIT
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52969      xx.xx.xx.bb.6333     CLOSE_WAIT
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52967      xx.xx.xx.bb.6333     CLOSE_WAIT
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52964      xx.xx.xx.bb.6333     CLOSE_WAIT
tcp4       0      0  xx.xx.xx.aa.52961      xx.xx.xx.bb.6333     CLOSE_WAIT

• 回顾一下TCP四次挥手
  ESTABLISHED 表示连接已被建立
  CLOSE_WAIT 表示远程计算器关闭连接，正在等待socket连接的关闭
  和现象符合
• redis连接池配置
  根据上面 netstat -an基本可以确定 redis 连接池的大小是 8 ；结合代码配置，没有指定的话，默认也确实是8

redis.clients.jedis.JedisPoolConfig
private int maxTotal = 8;
private int maxIdle = 8;
private int minIdle = 0;

• 如何配置更大的连接池呢？
  A. 原配置

@Bean
public RedisConnectionFactory redisConnectionFactory() {
    RedisStandaloneConfiguration redisStandaloneConfiguration = new RedisStandaloneConfiguration();
    redisStandaloneConfiguration.setHostName(redisHost);
    redisStandaloneConfiguration.setPort(redisPort);
    redisStandaloneConfiguration.setPassword(RedisPassword.of(redisPasswd));
    JedisConnectionFactory cf = new JedisConnectionFactory(redisStandaloneConfiguration);
    cf.afterPropertiesSet();
    return cf;
}

readTimeout，connectTimeout不指定，有默认值 2000 ms

org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory.MutableJedisClientConfiguration
private Duration readTimeout = Duration.ofMillis(Protocol.DEFAULT_TIMEOUT);
private Duration connectTimeout = Duration.ofMillis(Protocol.DEFAULT_TIMEOUT); 

B. 修改后配置

• 1. 配置方式一：部分接口已经Deprecated了

@Bean
public RedisConnectionFactory redisConnectionFactory() {
    JedisPoolConfig jedisPoolConfig = new JedisPoolConfig();
    jedisPoolConfig.setMaxTotal(16); // --最多可以建立16个连接了
    jedisPoolConfig.setMaxWaitMillis(10000); // --10s获取不到连接池的连接，
                                             // --直接报错Could not get a resource from the pool

    jedisPoolConfig.setMaxIdle(16);
    jedisPoolConfig.setMinIdle(0);

    JedisConnectionFactory cf = new JedisConnectionFactory(jedisPoolConfig);
    cf.setHostName(redisHost); // -- @Deprecated 
    cf.setPort(redisPort); // -- @Deprecated 
    cf.setPassword(redisPasswd); // -- @Deprecated 
    cf.setTimeout(30000); // -- @Deprecated 貌似没生效，30s超时，没有关闭连接池的连接；
                          // --redis没有设置超时，会一直ESTABLISHED；redis设置了超时，且超时之后，会一直CLOSE_WAIT

    cf.afterPropertiesSet();
    return cf;
}

• 1. 配置方式二：这是群里好友给找的新的配置方式，效果一样

RedisStandaloneConfiguration redisStandaloneConfiguration = new RedisStandaloneConfiguration();
redisStandaloneConfiguration.setHostName(redisHost);
redisStandaloneConfiguration.setPort(redisPort);
redisStandaloneConfiguration.setPassword(RedisPassword.of(redisPasswd));

JedisPoolConfig jedisPoolConfig = new JedisPoolConfig();
jedisPoolConfig.setMaxTotal(16);
jedisPoolConfig.setMaxWaitMillis(10000);
jedisPoolConfig.setMaxIdle(16);
jedisPoolConfig.setMinIdle(0);

cf = new JedisConnectionFactory(redisStandaloneConfiguration, JedisClientConfiguration.builder()
        .readTimeout(Duration.ofSeconds(30))
        .connectTimeout(Duration.ofSeconds(30))
        .usePooling().poolConfig(jedisPoolConfig).build());

参考

redistemplate-游标scan使用注意事项

如何使用RedisTemplate访问Redis数据结构

Redis 中 Keys 与 Scan 的使用

深入理解Redis的scan命令

spring-boot-starter-redis配置详解

线上大量CLOSE_WAIT原因排查

redis如何配置standAlone版的jedisPool

一次jedis使用不规范，导致redis客户端close_wait大量增加的bug