面试题：如何优化Redis旧版复制功能对CPU资源的占用？

Question

假设在高并发读写场景下使用Redis旧版复制功能，发现CPU资源占用过高影响性能，分析可能导致CPU占用高的原因，并提出至少三种优化措施，说明每种措施的原理和实施方法。

Answer 1

可能导致CPU占用高的原因

1. 全量复制开销：旧版复制在主从初次同步或因网络等问题导致的部分重同步失败时，会进行全量复制。主节点需要生成RDB文件并发送给从节点，这个过程涉及磁盘I/O和网络传输，同时主从节点都需要进行数据加载，消耗大量CPU资源。
2. 频繁的AOF重写：如果主节点开启了AOF持久化，在高并发写入时，AOF文件会快速增长，触发AOF重写机制。重写过程需要对现有AOF文件进行读取、分析和重写，这会占用大量CPU资源，进而影响复制性能。
3. 网络交互开销：主从节点之间频繁的心跳检测、命令传播等网络交互操作，需要CPU进行数据的处理和发送接收，高并发场景下，网络流量大，加重了CPU负担。
4. 内存数据结构操作：Redis使用复杂的数据结构存储数据，在高并发读写时，对这些数据结构的频繁操作，如哈希表的扩容、缩容，链表的插入删除等，会消耗较多CPU资源。

优化措施

1. 优化复制策略
   • 原理：尽量减少全量复制的发生，采用部分重同步机制，降低主从复制过程中的资源消耗。
   • 实施方法：在Redis 2.8及以上版本中，从节点会保存主节点的复制偏移量和运行ID。当网络短暂中断后，从节点可以向主节点发送PSYNC命令，包含自身保存的运行ID和偏移量，主节点判断如果偏移量在可重同步范围内，就进行部分重同步，只补发缺失的数据，避免全量复制。
2. 调整AOF策略
   • 原理：合理设置AOF重写触发条件，减少不必要的AOF重写操作，降低CPU占用。
   • 实施方法：可以通过修改redis.conf文件中的auto - aof - rewrite - min - size和auto - aof - rewrite - percentage参数来调整AOF重写触发条件。例如，增大auto - aof - rewrite - min - size的值（默认64MB），表示只有当AOF文件大小达到该值时才可能触发重写；调整auto - aof - rewrite - percentage的值（默认100%），表示当前AOF文件大小较上次重写后增长的百分比，只有增长超过该百分比且文件大小达到auto - aof - rewrite - min - size时才触发重写。
3. 优化网络配置
   • 原理：减少网络延迟和带宽占用，降低网络交互对CPU的影响。
   • 实施方法：
     • 增加主从节点之间的网络带宽，确保数据传输的高效性，减少因网络拥塞导致的重传和延迟。
     • 合理设置心跳检测频率，通过repl - ping - slave - period参数（默认10秒）调整主节点向从节点发送心跳的时间间隔，避免过于频繁的心跳检测增加网络和CPU负担。
4. 优化数据结构使用
   • 原理：选择合适的数据结构和操作方式，减少CPU对数据结构操作的开销。
   • 实施方法：
     • 对于频繁读写且数据量较大的场景，尽量使用哈希表结构存储数据，因为哈希表的查找、插入和删除操作平均时间复杂度为O(1)。避免使用链表结构，除非数据需要按顺序访问。
     • 批量操作数据，如使用MSET、MGET等命令代替多次单个的SET、GET操作，减少命令交互次数，降低CPU处理命令的开销。