【运维篇】Redis 性能测试工具实践

1. 前言

在评估 Redis 的性能时，使用正确的工具至关重要，因为它们可以帮助我们模拟各种场景并获取关键性能指标。在本篇博文中，我们将重点介绍两种流行的 Redis 性能测试工具：redis-benchmark 和 memtier_benchmark。

redis-benchmark 是 Redis 官方提供的性能测试工具，它非常简单易用且直接集成在 Redis 发行版中。这个工具可以快速提供一个基准，帮助我们了解在默认设置下 Redis 实例的性能概况。通过定制其各种参数，我们可以模拟不同类型的负载并观察 Redis 如何在各种条件下表现。

memtier_benchmark 是另一个强大的开源测试工具，旨在用于评估 NoSQL 系统的性能，包括 Redis。它提供了更复杂的测试场景和细粒度的配置选项，使得测试结果更加详尽和精确。这个工具非常适合那些需要执行高级性能分析和优化的用户。

在这篇博文中，将通过实际的测试案例来展示如何使用这些工具，并解释如何根据测试结果做出相应的系统调整。

2. Redis性能测试工具

性能测试是评估一个系统性能的重要手段，对于Redis这样的内存数据存储和缓存系统来说，性能测试尤为关键。以下是一些常用的Redis性能测试工具及其详细介绍：

2.1 Redis-benchmark

Redis-benchmark是Redis官方提供的性能测试工具，它是一个简单的工具，可以通过执行一系列的基准测试（如：GET、SET操作等）来评估Redis服务器的性能。

2.1.1 何为Redis-benchmark

Redis-benchmark是一个命令行工具，它可以模拟多个客户端对Redis进行操作，并生成性能报告。

2.1.2 Redis-benchmark的特点

• 易用性：作为Redis的一部分，使用起来非常方便。
• 测试多种操作：支持多种Redis操作，包括字符串、哈希、列表、集合等数据结构的基本操作。
• 可配置：可以配置并发连接数、请求数、数据大小等参数，以满足不同的测试需求。
• 实时报告：测试进行时，可以实时查看QPS（每秒查询数）、延迟等关键指标。

2.1.3 如何使用Redis-benchmark

使用Redis-benchmark非常简单，可以通过命令行直接启动测试。例如：

redis-benchmark -h  -p  -c 100 -n 10000
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这条命令表示用100个并发连接对Redis进行10000次请求的测试。

$ redis-benchmark -n 10000  -q

PING_INLINE: 141043.72 requests per second
PING_BULK: 142857.14 requests per second
SET: 141442.72 requests per second
GET: 145348.83 requests per second
INCR: 137362.64 requests per second
LPUSH: 145348.83 requests per second
LPOP: 146198.83 requests per second
SADD: 146198.83 requests per second
SPOP: 149253.73 requests per second
LPUSH (needed to benchmark LRANGE): 148588.42 requests per second
LRANGE_100 (first 100 elements): 58411.21 requests per second
LRANGE_300 (first 300 elements): 21195.42 requests per second
LRANGE_500 (first 450 elements): 14539.11 requests per second
LRANGE_600 (first 600 elements): 10504.20 requests per second
MSET (10 keys): 93283.58 requests per second

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可选的参数

该表格是针对Redis-benchmark工具的常用参数进行的总结。使用这些参数可以调整性能测试的各种条件，以适应不同的测试场景和需求。

2.2 Memtier_benchmark

memtier_benchmark 是一个高性能负载生成器，常用于对存储和缓存系统（如 Redis、Memcached 等）进行性能测试和基准评估。它由 Redis Labs 开发，支持多种测试模式和参数配置，以模拟不同的负载和客户端行为。

以下是 memtier_benchmark 的一些主要特性和参数的详解：

主要特性：

• 支持多种协议，包括 Redis 和 Memcached。
• 可以模拟多个客户端和并发连接。
• 支持数据大小和请求模式的自定义。
• 提供详细的性能报告，包括吞吐量、延迟等统计信息。

常用参数：

• -s, --server: 指定服务器的 IP 地址或主机名。
• -p, --port: 指定服务器的端口号。
• -P, --protocol: 指定使用的协议（redis/memcache）。
• -c, --clients: 设置并发客户端的数量。
• -t, --threads: 设置线程的数量。
• -n, --requests: 指定每个客户端发送的请求总数。
• --ratio: 设置读写操作的比例（例如 1:10 表示 1 个写操作对应 10 个读操作）。
• -d, --data-size: 设置每个请求的数据大小（以字节为单位）。
• --key-pattern: 设置键的模式（例如 R:R 表示随机的键和随机的值）。
• --key-prefix: 为所有键添加前缀。
• --key-minimum 和 --key-maximum: 设置键的最小和最大大小。
• --random-data: 设置是否使用随机生成的数据。
• --pipeline: 设置管道请求的大小（即一次发送多少个请求）。
• --hide-histogram: 隐藏延迟直方图信息。
• --version: 显示版本信息。
• -h, --help: 显示帮助信息。

memtier_benchmark 提供了灵活的命令行界面，允许用户根据测试目标和环境来配置大量参数。使用合适的配置能够模拟真实世界中的负载场景，从而得到有意义的性能测试结果。

2.2.1 何为Memtier_benchmark

Memtier_benchmark是一个由Redis Labs维护的开源工具，它不仅支持Redis，还支持Memcached等其他数据库。

2.2.2 Memtier_benchmark的特点

• 高性能：设计上注重性能，能够在相同硬件上产生更多的负载。
• 灵活配置：支持多种参数配置，可以模拟不同的客户端和负载类型。
• 详细的统计信息：提供详细的性能报告，包括但不限于吞吐量、延迟直方图等。

2.2.3 如何使用Memtier_benchmark

Memtier_benchmark的使用也非常直接，通过命令行即可启动。例如：

memtier_benchmark -s <redis-host> -p <redis-port> -c 50 -t 4 --ratio=1:10
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这个命令用50个客户端和4个线程来测试Redis，操作比率为1个SET对应10个GET。

为了模拟执行 memtier_benchmark 并输出模拟结果，我们将进行一个简单的示例，假设我们正在测试本地运行的 Redis 服务器。

打开终端并执行以下命令：

memtier_benchmark -s 127.0.0.1 -p 6379 -c 50 -t 4 -n 10000 --ratio=1:10 -d 100 --key-pattern=R:R
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这条命令表示：

• -s 127.0.0.1: 连接到本地主机上的服务器。
• -p 6379: 使用 Redis 默认端口号 6379。
• -c 50: 使用 50 个并发客户端。
• -t 4: 使用 4 个线程。
• -n 10000: 每个客户端发送 10000 个请求。
• --ratio=1:10: 设置 1 个写（set）操作对应 10 个读（get）操作。
• -d 100: 每个请求的数据大小设置为 100 字节。
• --key-pattern=R:R: 使用随机键和随机值的模式。

假设 memtier_benchmark 已经安装，并且有一个 Redis 服务器在本地运行。执行上述命令后，将会看到如下模拟输出结果：

[RUN #1] Preparing benchmark client...
[RUN #1] Launching threads now...
[RUN #1 50%, 5001 secs] 1 threads: 250050 ops, 49976 (avg: 49976) ops/sec, 4.96MB/sec (avg: 4.96MB/sec), 1.00 msec (avg: 1.00 msec) [READ: 1.00 msec, WRITE: 1.00 msec]
[RUN #1 100%, 10001 secs] 1 threads: 500050 ops, 50076 (avg: 50026) ops/sec, 5.00MB/sec (avg: 4.98MB/sec), 1.00 msec (avg: 1.00 msec) [READ: 1.00 msec, WRITE: 1.00 msec]

ALL STATS
========================================================================
Type         Ops/sec     Hits/sec   Misses/sec      Latency       KB/sec
------------------------------------------------------------------------
Sets         4545.45     ---        ---            1.00000       444.44
Gets        45454.55    36363.64    9090.91        1.00000      4444.44
Waits        0.00       ---        ---            0.00000       0.00
Totals      50000.00    36363.64    9090.91        1.00000      4888.89
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上述输出结果提供了以下信息：

• 操作的总数和每秒操作数（Ops/sec）。
• 命中和未命中的次数（Hits/sec 和 Misses/sec）。
• 平均延迟（Latency）。
• 每秒传输的数据量（KB/sec）。

这样的输出结果有助于评估 Redis 服务器在给定负载下的性能，包括处理请求的速度、有效性和效率。请注意，上述数字是模拟的，并非实际运行结果。实际执行时，结果会根据服务器配置和性能而有所不同。

2.3 自定义脚本工具

除了上述通用工具外，根据具体的测试需求，开发者有时也会编写自定义的性能测试脚本。

2.3.1 自定义脚本工具的优势

• 灵活性：可以根据特定的业务逻辑编写测试脚本，以准确模拟实际的业务场景。
• 特定功能测试：有时候需要测试Redis的某些特定功能或者命令，自定义脚本可以专注于这些特定的需求。

2.3.2 自定义脚本工具的实现方式

自定义脚本通常使用高级语言编写，如Python、Ruby等，结合Redis客户端库来实现特定的测试逻辑。

2.3.3 实例展示自定义脚本的使用

以Python为例，可以使用redis-py库编写测试脚本，如下：

import redis
import time

# 连接到Redis
r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

# 执行测试操作
start_time = time.time()
for i in range(10000):
    r.set('key{}'.format(i), 'value{}'.format(i))
end_time = time.time()

print(f"Total time for 10000 SET operations: {end_time - start_time} seconds")
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这段脚本测试了10000次SET操作的总耗时。

Redis性能测试工具的选择取决于你的需求，Redis-benchmark和Memtier_benchmark适用于泛型的性能测试，而自定义脚本则更适合针对具体业务场景的深度测试。

6. 参考资料

1. Memtier_benchmark GitHub:
2. Redis 官方文档