如何测试 Redis 缓存？

作者：陈霞 毕小烦

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简单了解一下 Redis

Redis（Remote Dictionary Server，远程字典服务）是一个速度非常快的非关系数据库。

它可以存储键值对，支持的 5 种数据类型分别是：String（字符串）、Hash（哈希）、List（列表）、Set（集合）、Zset（有序集合）。

它可以将存储在内存的键值对数据持久化到硬盘，可以使用复制特性来扩展读性能，还可以使用客户端分片来扩展写性能。

Redis 主要用在什么地方呢？

主要用于：
缓存、数据共享分布式、分布式锁、全局 ID、计数器、限流、购物车、消息队列、抽奖、点赞、签到、打卡等场景。

本文我们主要关注缓存的测试。

为什么要使用缓存？

当然是为了快和省。

快是因为业务系统的数据处理结果暂时存在内存中，下次访问时直接从内存取出，所以会很快。省是节省数据的处理流程及服务器的资源消耗。

所以，什么时候使用缓存呢？

当业务出现性能瓶颈时（比如 QPS 较高/对 RT 有要求或服务器/DB 性能较差），可以考虑使用缓存来提升系统性能。

Redis 缓存怎么用？

Redis 一般和其他数据库（如：MySQL）搭配使用，用来减轻后端数据库的压力。

如下所示：

Redis 会把 MySQL 中经常被查询的数据缓存起来，这样当用户来访问的时候，直接从 Redis 中获取缓存的数据就可以了。

如果 Redis 中没有用户所要查询的数据，就会去 MySQL 查询，当数据返回给客户端时，同时也会将数据缓存到 Redis 中，下次就可以直接从 Redis 中获取了。

如何测试 Redis 缓存？

我们在测试 Redis 缓存时，测试思路跟测试业务功能类似，主要从评审、测试、监控三个方面来进行设计。

下面是一些思路。

1. 评审设计的合理性

• 确认缓存的应用场景：
  • 评估业务场景是否真的需要使用缓存；
  • 评估 Redis 与 DB 数据短暂不一致对业务的影响。
• 规范键值对的设计：
  • key：
    • 一般使用业务名或数据库名作为前缀，以冒号(:)分隔来构造 key 名，不使用含义不清的 key 或特别长的 key；
    • 命名中只能出现小写字母、数字、点(.)和冒号(😃。不要包含特殊字符，如下划线、空格、换行、单双引号以及其他转义字符；
  • value：
    • 禁止超过 10KB 的 String 类型的大 key，防止网卡流量、慢查询。
    • 非 String 类型的大 key，不要使用 del 删除，要使用 hscan、sscan、zscan 方式渐进删除。
• 选择合适的缓存模式：
  • 旁路缓存模式/读写穿透模式/异步缓存写入
• 确认缓存的更新策略：
  • 1. 先更新数据库，再更新缓存；
  • 2. 先更新缓存，再更新数据库；
  • 3. 先淘汰缓存，再更新数据库；
  • 4. 先更新数据库，再淘汰缓存。（推荐）
• 确认缓存的过期机制：
  • 主动的定期删除/被动的惰性删除
• 是否有缓存预热机制：
  • 数据量不大的时候可以不进行缓存预热，或者可以在项目启动的时候自动进行加载。
  • 数据量很大的时候，一定要保证热点数据提前加载到缓存。
• 确认缓存的淘汰策略：
  • 淘汰最久没有使用的数据：LRU（Least Recently Used）
  • 淘汰最不频繁使用的数据：LFU（Least Frequently Used）
  • 淘汰最先放入缓存的数据：FIFO (first in first out)
• 评估业务所需缓存空间大小
• 缓存时间设置合理性：
  • 缓存时间太长会导致用户访问到的数据一直是老的，缓存设置时间太短对数据库访问会比较频繁，所以要设置合理，最好清楚实际数据更新的频次后再设置。
    

2. 校验缓存的正确性

验证基本功能

• 缓存增加：
  • 增加缓存，校验功能和数据是否正确，DB 中的数据跟 Redis 是否一致，缓存过期时间与设计是否一致；
• 缓存更新：
  • 更新缓存，校验功能和数据是否正确，DB 中的数据跟 Redis 是否一致；缓存过期时间与设计是否一致；
  • 对同一条数据并发执行更新和查询操作，校验功能和数据是否正确，DB 中的数据跟 Redis 是否一致；缓存过期时间与设计是否一致；
• 缓存删除：
  • 删除缓存，校验功能和数据是否正确，再次请求，缓存是否被正确写入，DB 中的数据跟 Redis 是否一致；
• 缓存过期：
  • 设置 Redis 过期时间，校验缓存是否正常过期失效。再次写入缓存，缓存过期时间被更新。（可通过修改服务器时间或手动修改缓存的 TTL）
• 缓存读取：
  • 校验数据在缓存和 DB 中都存在时，系统功能是否正常；
  • 校验数据在 DB 存在，但缓存中不存在时，系统功能是否正常；
  • 校验数据在缓存和 DB 中都不存在时，系统功能是否正常；
  • 验证 DB 返回的数据异常时，没有去缓存；
    

验证特殊场景

• 缓存超时：
  • 校验缓存查询达到超时时间后，未返回指定的数据，对系统的影响。
• 缓存穿透：
  • 不断查询一个 DB 和缓存中一定不存在的数据，验证返回数据为空。
• 缓存雪崩：
  • 校验缓存是否采用了相同的过期时间。如果缓存大指量同时失效，验证系统功能是否正常，性能指标是否正常。
• 缓存击穿：
  • 缓存中的数据没有人查询过 ，第一次就大并发的访问；
  • 缓存中的某条数据刚好失效后，就进行大并发访问，校验功能是否正常，各项性能指标是否正常。
• 缓存预热：
  • 大批量缓存在同一时间点过期，验证缓存预热耗时及预热时机。
  • 在缓存预热期间请求更新接口和查询接口，验证返回数据的正确性。
• 缓存上限：
  • 校验缓存淘汰参数配置与预期一致：增加缓存至达到 maxmemory 限制时（可修改 redis.conf 配置文件中配置的最大可用内存值），再次请求查询，数据返回正确，且缓存淘汰正确。
• 缓存停服：
  • 校验关闭缓存服务后，系统功能和性能的运行情况。
  • 验证重启 Redis 服务后，请求查询返回的数据正确，DB 中的数据跟 Redis 一致。
• 测试并发：
  • 并发请求缓存中有的数据，校验返回数据是否正确，各项性能指标是否正常。
  • 并发请求缓存中没有但 DB 中有的数据，校验返回数据是否正确，各项性能指标是否正常。
  • 并发请求缓存中没有 DB 中也没有的数据，校验返回数据是否为空，各项性能指标是否正常。
• 性能测试：一般用 redis-benchmark 测试一些场景的性能基准，比如：
  • 对比单机和集群 Redis 吞吐量；
  • 评估不同类型的存储性能；
  • 对比开启和关闭持久化的吞吐量；
  • 对比调优前后的吞吐量；
  • 对比不同版本的 Redis 的吞吐量；
    

3. 监控线上的稳定性

• 监控缓存的命中率：评估缓存的设计是否达到预期；
• 监控中间件：CPU、内存是否异常；
• 监控是否有某个 key 过大；
• 监控是否存在缓存的频繁更新。

思维导图如下所示：

Redis 管理工具有哪些？

为了更好的测试 Redis，我们需要一些好用的管理工具，下面推荐 4 款免费开源的。

1. AnotherRedisDesktopManager

Another Redis Desktop Manager 是一款非常好用的 Redis 可视化管理工具，开源免费，兼容 Windows、macOS 和 Linux，性能出众。

开源地址：
https://github.com/qishibo/AnotherRedisDesktopManager/

2. QuickRedis

QuickRedis 是也是一款非常好用的 Redis 可视化管理工具。开源免费，兼容 Windows、macOS 和 Linux。它支持直连、哨兵、集群模式，支持亿万数量级的 key。

开源地址：
https://github.com/quick123official/quick_redis_blog

3. IRedis

IRedis 是一个支持自动补全和语法高亮 的 Redis 命令行工具，可用来替代 redis-cli。使用 IRedis 可以流畅地输入 Redis 命令，显示结果也非常友好。

开源地址：
https://github.com/laixintao/iredis

4. Redis Commander

Redis Commander 是一款用 node.js 编写的 Redis 网页管理工具。

开源地址：
https://github.com/joeferner/redis-commander

参考资料

• 《Redis实战》

（完）

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