技术架构+应用场景揭秘，为什么高斯Redis比开源香？

点的外卖总能让离店近的外卖小哥送来；双11秒杀结束后产品能立刻下架；12306火车票保证从来不超卖；微博下拉就能刷新出好友动态……这些日常碎片的背后都有着Redis的身影。

提起Redis，互联网从业者无人不知，无人不晓。毕竟，开源Redis作为一款经典的“缓存”产品，能支撑众多业务架构搭建，在游戏、电商、社交媒体等行业中发挥着重要的作用，广受开发者青睐。

然而近年来，随着各行业规模逐渐扩大，几乎只能依附于关系型数据库的传统“缓存”逐渐难以支撑上层业务，越来越力不从心。

一旦业务规模扩大后数据量逼近内存上线，开源Redis轻则发生重要数据逐出，重则导致节点OOM宕机。而且开源Redis为了访问快速，全部数据都保存在内存中，其独有的fork机制，更让平时的内存使用不得高于50%，使得内存价格一直居高不下，导致部署成本非常高。

为了解决这些难题，华为云推出了自研的企业级Key-Value数据库——云原生分布式数据库GaussDB(for Redis)（了解更多：企业版Redis_GaussDB for Redis_NoSQL云数据库_云缓存数据库-华为云）（下文简称高斯Redis），让开发者用更低的成本构建依赖缓存的应用，且性能更高，运行更稳定。本文将从高斯Redis的技术架构和应用场景出发，一一道来为什么高斯Redis比开源香，以及它是如何做到又快又好的。

开源不够，自研顶上

开门见山，先看看开发者最关心的性能和成本。如下图所示，与开源Redis相比，高斯 Redis在成本、可用容量、吞吐、压缩上都有非常大的优势：

ECS+开源Redis

高斯 Redis

可用空间

384GB*45%

192GB

每小时

￥48.2

￥16.8

包年

￥231,760

￥65,868

压缩比

无压缩

1:10

注：比较相同数据容量（约200G）的成本开销

核算下来，高斯Redis以1/4的价格拥有10倍以上的可用空间，整体成本相当于是开源Redis自建数据库的1/40，这里还不包括自建Redis数据库需要额外的搭建、运维、监控、升级扩容等各项成本。

同样，对比高斯Redis和开源Redis集群在X86架构下的性能测试，结果显示，它能较开源Redis集群能提供更高的QPS，更低的访问延迟，以及更低的数据存储成本。

性能优势：在相同测试条件下，高斯Redis的QPS较开源Redis集群提高了11%~19%，平均延迟和P99比Redis集群降低了70%以上，p9999比Redis集群降低了15%以上。抗写优势：在数据量大于内存的写测试中，原生Redis集群因内存限制而OOM，高斯Redis依然可以提供不俗的性能服务，它的可用的存储空间由底层SSD大小决定的，相比原生Redis集群抗写优势显著。据存储成本更低：高斯Redis提供了高效的数据压缩服务云系统架构，其占用的存储空间只有开源Redis集群的十分之一，相当于数据存储成本降低了10倍。

那么，高斯Redis的优势源自什么？从它的架构中或许可以窥见一斑。

存算分离，突破瓶颈

高斯Redis有两个跟业界完全不一样的特性，第一个便是独有的存算分离架构， 计算层实现热数据缓存，存储层实现全量数据的落盘，中间通过RDMA高速网络互连，通过算法预测用户的访问规律，实现数据的自动冷热交换，最终达到性能提升。

该架构基于华为内部的自研分布式共享存储池， 它也是华为全栈数据服务的基石，比如文件EVS、对象存储OBS、块存储，还有数据库族、大数据族都依赖于此，可想它的强大及稳定性。

高斯Redis基于共享存储池实现了一套Shared Everything的云原生架构，充分发挥了云原生的弹性伸缩、资源共享的优势，使得它具备强一致、秒扩容、低成本、超可用等特性，完美避开了开源Redis的主从堆积、主从不一致、fork抖动、内存利用率只有50%、大key阻塞、gossip集群管理等问题。

至于高斯Redis的存算分离架构的设计和实现原理，在线课程当Redis遇见计算存储分离（了解更多：当Redis遇见计算存储分离_在线课程_华为云培训中心_云计算培训-华为云）中有更详细的解读，包括软件架构的剖析，计算层的模块的分工，组网的设计以及容灾架构等等。

在存算分离的架构下，高斯Redis的优势可以总结为：强一致、高可用、弹性伸缩、高性能。

强一致：高斯Redis将全量数据下沉到强一致的共享存储池，得益于共享存储池的3副本机制，因此写入高斯Redis的数据，在客户端收到回复时，数据也将是3副本强一致的，保证宕机的时候数据不会丢失，从而为业务提供前后一致的状态，再也不用担心主从切换后的数据一致性和丢失问题。

高可用：受益于分布式共享存储池，高斯Redis的每个计算节点都可以看到并共享所有数据，当某一个计算节点发生故障挂掉，其维护的slot路由信息，会被剩下的节点自动接管。由于不涉及底层数据的迁移，这个接管过程非常快。所以N个节点下，最多可以容忍挂掉N-1个节点。

弹性伸缩：弹性伸缩带来的秒扩容能力，实现按需扩容计算和存储。计算资源的扩容只涉及到元数据的修改，把相应的slot路由信息迁移到新的节点上，迁移速度非常快。由于采用的共享存储，大多数情况下存储扩容只要进行逻辑扩容，不涉及数据的搬迁，在后台修改存储配额即可。

高性能：存算分离的架构看似比较重，链路比较复杂，实则在硬件采用、软件优化上，可以做的更大胆更激进，比如RDMA网络、用户态协议、持久化内存等等。因此受益于这些专属的存储设备，加上计算层全负荷分担架构（不引入从节点，因此性能轻松翻倍），对比同类商业数据库产品，在数据量大于内存的存储场景下，高斯Redis的性能表现很好。另外，对比开源Redis，在数据小于内存的点查场景下，高斯性能也有很大优势。

第二个特性是多模架构带来的产品使用便捷性。

高斯Redis是多模数据库Gauss NoSQL的一员，Gauss NoSQL提供了全栈的分布式KV引擎、用户态文件系统、存储池等技术，只需要在接口上封装Redis协议，即可轻松实现一个全新的NoSQL产品。类似的，华为还提供了MongoDB、Cassandra、Influx等NoSQL引擎。

也正是得益于高斯Redis的独特优势，使得它在一些典型的应用场景下，能够应对各种突发情况，最大化发挥出Redis的特性。

互联网业务神器，支撑海量存储场景

Redis最常见的应用场景是缓存，用来存放秒杀、热点事件的数据，比如微博热搜。同时，凭借其优异的存储能力，缓存场景之外的诸多应用Redis也可以轻松应对，比如：

流： feed、消息队列、IM聊天、IoT心跳上报；

只读状态： 历史订单、日志审计、归档信息、历史轨迹、消费记录、物流详情；

可变状态： BI报表、金融风控、智能客服、广告推荐、标签工程、用户画像、地理位置、路径规划、知识图谱等。

下面，以其中的一些场景为例，具体看看高斯Redis到底有多强大？

Geo

饭点时打开大众点评查看附近的餐馆，外卖小哥根据距离远近来决定配送的路径规划……这些都依靠LBS服务，它的实现又需要Redis来存储地理位置数据。但开源版本Redis因为内存限制，一直没有大规模应用支持地理位置信息存储管理的Geo功能。

高斯Redis使用磁盘替代内存，解决了这些难题，它的Geo功能适用于数据量大、读写频繁的场景，可以应对诸如外卖平台、点评平台、找房平台中，随着用户增长而对应的地理位置信息的数据量的增长，最高可达TB级别。以下图为例，可以看到在高斯Redis支持下，外卖系统可以使用Geo的相关命令，让用户获取骑手的实时位置，骑手也能找到附近可配送的订单，最终顺利将用户的外卖送到用户。

计数

社交平台每条热搜记录的搜索量数值；用户注册一个帐号后，网站记录的关注数、粉丝数、动态数；一个接口一分钟被限制100次请求等。这些数据背后，是一个个计数器在工作。

计数是典型的强一致应用场景，比如电商在秒杀活动中，往往会搭建Redis主从集群给下层MySQL做缓存，用Redis的计数器功能抵住流量压力。

所以如果数据发生不一致，计数器就会得到错误的信息，整个数据库可能面临崩溃的危险。但原生Redis的主从同步是异步的，当主节点写入数据后，从节点不保证立刻更新数据，如果此时读取数据，读到的就是过期的旧数据，产生数据不一致问题。高斯Redis则可以把全量数据下沉到强一致共享存储池，彻底摒弃了开源Redis的异步复制机制。另外，计算层将海量数据进行分片，在故障场景下，自动进行接管，实现了服务的高可用。

即时通讯

即时通讯（简称IM）是一个实时通信系统，允许两人或多人使用网络实时的传递文字消息、文件、语音与视频。它最核心的是消息系统，包括聊天消息的同步、存储和检索。而消息存储库和同步库又对存储层的性能有很高的要求：要能支撑海量消息数据的永久存储，具备极高的写入吞吐能力，尽可能低的读取延迟等等。

综上，存储层的性能会直接影响到IM系统的用户体验。高斯Redis在性能和规模上可以满足IM系统对存储层的严格要求，它作为IM系统的存储层，可以将大量的随机写转换为顺序写，提升数据写入性能，再通过读缓存、bloom filter优化读取性能。

下图是一个基于高斯Redis的IM应用案例，使用的是Stream作为基本数据结构。创建一个群聊时，在Redis中对应地为该群聊创建一个Stream队列。在发送消息时，每个用户都将消息按照时间顺序添加到Stream队列中，保证了消息的有序性。

（编辑：拼字网 - 核心网）

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