Redis爆量之後的四大考驗怎麼解決？360自行開發改用SSD的Redis相容平臺Pika

NoSQL資料庫是許多企業用來解決服務爆量需求的常用技術，像是開源記憶體資料庫Redis，可以利用記憶體建立分散式資料庫，來加快資料讀取的速度，是不少大型網路服務必用的工具之一，但萬一連Redis都爆量，該如何解決？這正是中國奇虎360基礎架構組遇到的考驗。

「當Redis容量越來越大時，會遇到問題，」360基礎架構組技術經理陳宗志坦言， 360內部採用Redis好幾年後，容量快速成長到50GB以上，竟產生了4大問題。

360是中國一家提供資安服務相關的網路公司，提供多項資安防禦的服務，另外還推出了搜尋引擎、購物平臺等多項業務，用來做為網路資訊快取的Redis資料庫的用量也隨業務而迅速成長。

因為Redis將資料儲存在記憶體中來加速，原本為了防止資料遺失，Redis還提供了2種機制，將資料從記憶體寫入硬碟中，來實現資料持久化，一種稱為RBD機制，也就是Redis會不定期根據使用者的設定，建立資料快照（Snapshot），來備份記憶體中的資料，另一種機制則是透過AOF(Append only file)的機制，將所有資料庫的變動寫入AOF文件中。

但是，陳宗志指出，問題就是資料量越來越大後，恢復資料所需的時間也會變長，根據360內部測試，「約50GB的Redis資料庫，恢復時間大約要70分鐘，」因為恢復資料時，Redis得將RBD和AOF兩種機制保存的內容回復到記憶體中，過程需要大量硬碟存取，也需要花時間重構數據結構，因此才需要這麼久的恢復時間。如何加速RBD和AOF的資料恢復速度，是360遇到的兩個Redis爆量難題。

第三的挑戰是來自Redis資料庫的叢集架構，Redis配置採取一主多從（單一主節點，搭配多臺從屬節點），但「主從節點間切換的代價大」，陳宗志解釋，Redis的備援設計中，當主資料庫無法使用時，則會自動選擇另一個節點來擔任新的主要資料庫，但是，在主從轉換的過程，所有從屬節點都需要與新的主節點重新建立連結，此時得全部重新傳輸的資料，這個問題直到2017年中釋出的 Redis 4.0版本，才解決，但也困擾了360很長一段時間。

最後一項爆量考驗是，Redis在大容量下也會產生緩衝區寫滿的問題，尤其一般企業多半只會設置約2GB的緩衝區，但是因為大型Redis資料庫產生的網路流量很大，緩衝區容易被資料堵死，而發生數據重傳的情況，陳宗志表示，數據重傳就會影響到用戶的查詢請求。

為了解決這些問題，擴充記憶體容量似乎是唯一的辦法，不過，陳宗志表示，記憶體成本昂貴，對沒有直接創造收益的基礎架構團隊來說，得想辦法為企業節省成本。

他指出，360目前內部使用的Redis實例（Instance）配置，可分為64GB和96GB兩種規格，一項業務通常就會需要用到一個Redis的Instance，大約需80GB的容量，執行實例底層的硬體成本每臺約3萬人民幣（約臺幣13萬元），但若每項業務都配置一套機器，對企業而言，投入成本很高。

因此，360開始思考如何在滿足業務的需求下，將成本降到最低，360基礎架構團隊找DBA人員，自行開發了一套解決大容量Redis的軟體稱為Pika，首要目標就是，Pika要完全相容Redis協議，一方面可以繼承Redis方便維運的設計，也能讓開發團隊不需要修改任何一行程式碼就能遷移資料庫，其次，不同於Redis的RBD和AOF的持久化儲存機制，Pika改將資料自動寫入固態硬碟，來解決Redis資料恢復太長的問題。Pika系統包括了4層，包括了網路模組Pink、Threading模組、儲存引擎nemo和日誌模組 binlog。

因為高速記憶體的價格時常波動而且相當昂貴，對採購作業而言是個頭痛的問題，而Pika採用固態硬碟作為儲存裝置，固態硬碟的成本比高速記憶體便宜許多，就能成功地降低NoSQL資料庫的整體建置成本，而且Pika還提供多種壓縮方式，可以進一步減量來節省儲存設備的空間。

雖然Pika因為將數據存在硬碟中，效能會差一點，但是，陳宗志表示，效能並不會差太多，360會將可以容忍這種效能差異的業務，先移轉到Pika上，也因此而減少了大量的記憶體成本。不過，若是業務成長快速，確實對效能的要求很高，Pika也提供能夠從Pika導回Redis的工具。

陳宗志舉例，360內部一開始先將消息推送服務遷移到Pika上，原本這項服務需要5套30GB資料量大小的Redis資料庫，運作時需要使用到300GB的記憶體用量，但遷移到Pika之後，只需要1套50G資料量大小的Pika， 藉助壓縮技術，占用的固態硬碟空間也只需要100GB。

後來，360還將數據分析服務從Redis遷移到Pika，這項分析服務剛上線時，只需要一個Redis Instance就能承載，但是推出不到一周，所用的Redis資料庫容量就暴增到40GB，不過，考量到數據分析服務不會有超大量的存取需求，因此，360很快地就像這項新服務遷移到Pika上，即使效能沒有Redis這麼好，但已經足夠滿足這項服務的需求。