DCS Redis 5.0支持的新特性说明

DCS的Redis 5.0版本继承了Redis 4.0版本的所有功能增强以及新的命令，同时还兼容开源Redis 5.0版本的新增特性。

Stream数据结构

Stream是Redis 5.0引入的一种新数据类型，它是一个全新的支持多播的可持久化消息队列。

Redis Stream的结构示意图如图1所示，它是一个可持久化的数据结构，用一个消息链表，将所有加入进来的消息都串起来。

Stream数据结构具有以下特性：

Stream中可以有多个消费者组。
每个消费组都含有一个Last_delivered_id，指向消费组当前已消费的最后一个元素（消息）。
每个消费组可以含有多个消费者对象，消费者共享消费组中的Last_delivered_id，相同消费组内的消费者存在竞争关系，即一个元素只能被其中一个消费者进行消费。
消费者对象内还维持了一个Pending_ids，Pending_ids记录已发送给客户端，但是还没完成ACK（消费确认）的元素id。
Stream与Redis其他数据结构的比较，见表1。

图1 Stream数据结构示意图

表1 Stream与Redis现有数据结构比较
比较项	Stream	List、Pub/Sub、Zset
复杂度	获取元素高效，复杂度为O(logN)	List获取元素的复杂度为O(N)
offset	支持offset，每个消息元素有唯一id。不会因为新元素加入或者其他元素淘汰而改变id。	List没有offset概念，如果有元素被逐出，无法确定最新的元素
持久化	支持消息元素持久化，可以保存到AOF和RDB中。	Pub/Sub不支持持久化消息。
消费分组	支持消费分组	Pub/Sub不支持消费分组
消息确认	支持ACK（消费确认）	Pub/Sub不支持
性能	Stream性能与消费者数量无明显关系	Pub/Sub性能与客户端数量正相关
逐出	允许按时间线逐出历史数据，支持block，给予radix tree和listpack，内存开销少。	Zset不能重复添加相同元素，不支持逐出和block，内存开销大。
删除元素	不能从中间删除消息元素。	Zset支持删除任意元素

Stream相关命令介绍

接下来按照使用流程中出现的顺序介绍Stream相关命令。详细命令见表2

首先使用XADD添加流元素，即创建Stream，添加流元素时可指定消息数量最大保存范围。
然后通过XGROUP创建消费者组。
消费者使用XREADGROUP指令进行消费。
客户端消费完毕后使用XACK命令确认消息已消费成功。

图2 Stream相关命令介绍

表2 Stream的详细命令
命令	说明	语法
XACK	从流的消费者组的待处理条目列表（简称PEL）中删除一条或多条消息。	XACK key group ID [ID ...]
XADD	将指定的流条目追加到指定key的流中。如果key不存在，作为运行这个命令的副作用，将使用流的条目自动创建key。	XADD key ID field string [field string ...]
XCLAIM	在流的消费者组上下文中，此命令改变待处理消息的所有权，因此新的所有者是在命令参数中指定的消费者。	XCLAIM key group consumer min-idle-time ID [ID ...] [IDLE ms] [TIME ms-unix-time] [RETRYCOUNT count] [FORCE] [JUSTID]
XDEL	从指定流中移除指定的条目，并返回成功删除的条目的数量，在传递的ID不存在的情况下，返回的数量可能与传递的ID数量不同。	XDEL key ID [ID ...]
XGROUP	该命令用于管理流数据结构关联的消费者组。使用XGROUP你可以：创建与流关联的新消费者组。销毁一个消费者组。从消费者组中移除指定的消费者。将消费者组的最后交付ID设置为其他内容。	XGROUP [CREATE key groupname id-or-$] [SETID key id-or-$] [DESTROY key groupname] [DELCONSUMER key groupname consumername]
XINFO	检索关于流和关联的消费者组的不同的信息。	XINFO [CONSUMERS key groupname] key key [HELP]
XLEN	返回流中的条目数。如果指定的key不存在，则此命令返回0，就好像该流为空。	XLEN key
XPENDING	通过消费者组从流中获取数据。检查待处理消息列表的接口，用于观察和了解消费者组中哪些客户端是活跃的，哪些消息在等待消费，或者查看是否有空闲的消息。	XPENDING key group [start end count] [consumer]
XRANGE	返回流中满足给定ID范围的条目。	XRANGE key start end [COUNT count]
XREAD	从一个或者多个流中读取数据，仅返回ID大于调用者报告的最后接收ID的条目。	XREAD [COUNT count] [BLOCK milliseconds] STREAMS key [key ...] ID [ID ...]
XREADGROUP	XREAD命令的特殊版本，指定消费者组进行读取。	XREADGROUP GROUP group consumer [COUNT count] [BLOCK milliseconds] STREAMS key [key ...] ID [ID ...]
XREVRANGE	与XRANGE相同，但显著的区别是以相反的顺序返回条目，并以相反的顺序获取开始-结束参数	XREVRANGE key end start [COUNT count]
XTRIM	XTRIM将流裁剪为指定数量的项目，如有需要，将驱逐旧的项目（ID较小的项目）。	XTRIM key MAXLEN [~] count

消息（流元素）消费确认

Stream与相比Pub/Sub，不仅增加消费分组模式，还支持消息消费确认。

当一条消息被某个消费者调用XREADGROUP命令读取或调用XCLAIM命令接管的时候，服务器尚不确定它是否至少被处理了一次。因此，一旦消费者成功处理完一条消息，它应该调用XACK知会Stream，这样这个消息就不会被再次处理，同时关于此消息的PEL（pending_ids）条目也会被清除，从Redis服务器释放内存。

某些情况下，因为网络问题等，客户端消费完毕后没有调用XACK，这时候PEL内会保留对应的元素ID。待客户端重新连上后，XREADGROUP的起始消息ID建议设置为0-0，表示读取所有的PEL消息及自last_id之后的消息。同时，消费者消费消息时需要能够支持消息重复传递。

图3 ACK机制解读

内存使用优化

Redis 5.0在上一版本基础上，在内存使用上做了进一步优化。

主动碎片整理
 当key被频繁修改，value长度不断变化时，Redis会为key分配新的内存空间。由于Redis追求高性能，实现了自己的内存分配器来管理内存，因此并不会将原有内存释放给OS，从而导致出现内存碎片。当used_memory_rss/used_memory高于1.5，一般认为内存碎片占比过高，内存利用率低。

因此，合理规划和使用缓存数据，规范数据写入，有助于减少内存碎片的产生。

Redis 3.0及以下：可以通过定期重启服务解决内存碎片问题。建议实际缓存数据不超过配置可用内存的50%。

Redis 4.0：支持主动整理内存碎片，服务在运行期间进行自动内存碎片清理。同时Redis 4.0支持通过memory purge命令手动清理内存碎片。

Redis 5.0：增强版主动碎片整理，配合Jemalloc版本更新，更快更智能，延时更低。
HyperLogLog算法优化
 HyperLogLog是一种基数计数方法，使用少量的内存空间完成海量数据的计数统计，在Redis 5.0中，HyperLogLog算法得到改进，优化了计数统计时的内存使用效率。

举个例子：B树计数效率非常高，但是内存消耗也比较多。而HyperLogLog可节省大量存储空间。当B树需要1M内存统计，HyperLogLog只需要1kb。
内存信息统计报告能力增强
 INFO命令返回信息更加详实。

命令新增和优化

客户端管理增强
- Redis-cli支持集群管理
   在Redis 4.0以及之前版本，需要安装redis-trib模块，管理集群。
  
  Redis 5.0对Redis-cli做了优化，集成了集群的所有管理功能。具体使用可以通过命令redis-cli --cluster help查看帮助信息。
- 优化客户端在频繁连接与中断场景下的性能
   当您的应用需要使用短连接时，这个优化价值凸显。
有序集合使用更简单
有序集合新增两个命令：ZPOPMIN和ZPOPMAX。
- ZPOPMIN key [count]
  删除并返回有序集合key中的最多count个具有最低得分的成员。如果返回多个成员，也会按照得分高低（value值比较），从低到高排列。
- ZPOPMAX key [count]
  删除并返回有序集合key中的最多count个具有最高得分的成员。如果返回多个成员，也会按照得分高低（value值比较），从高到低排列。

help增加更多子命令说明

支持help直接查看快速使用攻略，你不再需要每次登录redis.io去查找。例如，命令行输入stream使用攻略：xinfo help

127.0.0.1:6379> xinfo help
1) XINFO <subcommand> arg arg ... arg. Subcommands are:
2) CONSUMERS <key> <groupname>  -- Show consumer groups of group <groupname>.
3) GROUPS <key>                 -- Show the stream consumer groups.
4) STREAM <key>                 -- Show information about the stream.
5) HELP                         -- Print this help.
127.0.0.1:6379>