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实战Redis序列化性能测试(Kryo和字符串)

程序员欣宸发表于 2022/06/04 09:21:13 2022/06/04

【摘要】将Java对象实例保存在Redis时，将对象序列化成字符串或者序列化成byte数组再存入，以上两种方式孰优孰劣？字符串方式来存取的好处是编码和调试更简单容易，而byte数组的优势又在哪里呢，实战验证吧

欢迎访问我的GitHub

这里分类和汇总了欣宸的全部原创(含配套源码)：https://github.com/zq2599/blog_demos

本篇概览

在Java应用的开发中，有时候需要将Java对象实例保存在Redis中，常用方法有两种：

将对象序列化成字符串后存入Redis；
将对象序列化成byte数组后存入Redis；

以上两种方式孰优孰劣？字符串方式来存取的好处是编码和调试更简单容易，而byte数组的优势又在哪里呢，今天我们针对这两种存储方式做一次对比试验，用数据来得出结论；

测试方法简述

本次做的是对比测试，写Redis和读Redis都会测试到，测试一共有以下四种：

并发场景下对象通过fastjson转字符串，然后存入Redis；
并发场景下对象通过Kyro序列化成byte数组，然后存入Redis；
并发场景下从Redis取出字符串，通过fastjson转成对象；
并发场景下从Redis取出byte数组，然后通过Kyro反序列化成对象；

测试环境简介

本次测试需要以下三台电脑，全部是Linux：

Redis服务器；
Web应用服务器；
安装有Apache bench，用于发起性能测试，并统计出测试结果；

整体部署情况如下：

测试步骤梳理

在正式开始前，先将所有步骤整理好以免遗漏，接下来一步一步进行就可以了：

部署Redis；
开发基于字符串存取的web应用redis-performance-demo-string；
开发基于Kyro序列化存取的web应用redis-performance-demo-kryo；
web应用编译构建；
在测试端机器上安装Apache bench；
部署应用redis-performance-demo-string；
用Apache bench先web server发起请求，然后丢弃测试结果，这次请求中部分处理是在JIT之前完成的，不算数；
清理Redis数据，用Apache bench先web server再次发起请求，保存测试结果；
清理Redis数据，部署应用redis-performance-demo-kryo；
用Apache bench先web server发起请求，然后丢弃测试结果，这次请求中部分处理是在JIT之前完成的，不算数；
清理Redis数据，用Apache bench先web server再次发起请求，保存测试结果；
对比结果，得出测试结论；

本章源码下载

本章实战的源码可以在github下载，地址和链接信息如下表所示：

名称	链接	备注
项目主页	https://github.com/zq2599/blog_demos	该项目在GitHub上的主页
git仓库地址(https)	https://github.com/zq2599/blog_demos.git	该项目源码的仓库地址，https协议
git仓库地址(ssh)	git@github.com:zq2599/blog_demos.git	该项目源码的仓库地址，ssh协议

这个git项目中有多个文件夹，本章源码在以下两个文件夹中：

redis-performance-demo-string：对应字符串存取对象的应用；
redis-performance-demo-kryo：对应kryo序列化对象的应用；

如下图所示：

应用版本

JDK：1.8.0_161；
Maven：3.5.0；
SpringBoot：1.4.1.RELEASE；
Redis：3.2.12.；
Fastjson：1.2.47；
Kryo：4.0.0；
Apache bench：2.3；
Ubuntu：16.04.3 LTS；

接下来我们开始实战吧；

部署Redis

Redis的安装和部署就不在本章展开了，以下两点请注意：

关闭redis远程保护：config set protected-mode “no”；
修改conf文件，关闭持久化；

开发基于字符串存取的web应用redis-performance-demo-string

这是个基于SpringBoot的简单web应用，将几处重点列举出来：
首先是application.properties文件中有Redis配置信息，请将IP和端口替换为您的Redis服务器的IP和端口：

spring.redis.database=0
spring.redis.host=192.168.31.104
spring.redis.port=6379
spring.redis.pool.maxActive=8    
spring.redis.pool.maxWait=-1    
spring.redis.pool.maxIdle=8    
spring.redis.pool.minIdle=0    
spring.redis.timeout=0

其次，是web接口对应的controller类RedisController.java：

@Controller
public class RedisController {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisController.class);

    private static AtomicInteger addPersionIdGenerator = new AtomicInteger(0);

    private static AtomicInteger checkPersionIdGenerator = new AtomicInteger(0);

    private static final String PREFIX = "person_";

    private static final int TIMES = 100;

    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @RequestMapping(value = "/save/{key}/{value}", method = RequestMethod.GET)
    @ResponseBody
    public String save(@PathVariable("key") final String key, @PathVariable("value") final String value) {
        try{
            stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, value);
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return "1. success";
    }

    @RequestMapping(value = "/checksingle/{id}", method = RequestMethod.GET)
    public void check(@PathVariable("id") final int id, HttpServletResponse response) {
        checkPerson(id, response);
    }

    @RequestMapping(value = "/check", method = RequestMethod.GET)
    public void check(HttpServletResponse response) {
        boolean hasError = false;
        for(int i=0;i<TIMES;i++) {
            boolean rlt = checkPerson(checkPersionIdGenerator.incrementAndGet(), response);
            if(!rlt){
                hasError = true;
                break;
            }
        }

        if(!hasError){
            Helper.success(response, "check success");
        }
    }

    @RequestMapping(value = "/add", method = RequestMethod.GET)
    public void add(HttpServletResponse response) {
        boolean isSuccess;
        for(int i=0;i<TIMES;i++) {
            Person person = Helper.buildPerson(addPersionIdGenerator);

            while (true) {
                isSuccess = false;
                try {
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(PREFIX + person.getId(), JSONObject.toJSONString(person));
                    isSuccess = true;
                } catch (Exception e) {
                    logger.error("save redis error");
                    return;
                }

                if (isSuccess) {
                    break;
                } else {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        logger.error("1. sleep error, ", e);
                    }
                }
            }
        }

        Helper.success(response, "save success");
    }

    @RequestMapping(value = "/reset", method = RequestMethod.GET)
    public void reset(HttpServletResponse response){
          addPersionIdGenerator.set(0);
          checkPersionIdGenerator.set(0);
          Helper.success(response, "id generator reset success!");
    }

    /**
     * 检查指定id的数据是否正常
     * @param id
     * @param response
     */
    private boolean checkPerson(int id, HttpServletResponse response){
        String raw = null;

        boolean isSuccess;

        while (true) {
            isSuccess = false;
            try {
                raw = stringRedisTemplate.opsForValue().get(PREFIX + id);
                isSuccess = true;
            } catch (Exception e) {
                logger.error("get from redis error");
            }

            if (isSuccess) {
                break;
            } else {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    logger.error("1. sleep error, ", e);
                }
            }
        }

        if(null==raw){
            Helper.error( response, "[" + id + "] not exist!");
            return false;
        }

        Person person = JSONObject.parseObject(raw, Person.class);

        String error = Helper.checkPerson(person);

        if(null==error){
            //Helper.success(response, "[" + id + "] check success!");
            return true;
        }else {
            Helper.error(response, "[" + id + "] " + error);
            return false;
        }
    }
}

关于该类有以下几处需要注意：

字符串转对象、对象转字符串的操作都是通过Fastjson实现的；
add方法是用于写性能测试的主要方法，每次请求该接口，都会连续执行100次对象到字符串的转换，然后写入Redis；
check方法是用于读性能测试的主要方法，每次请求该接口，都会连续执行100次读取Redis，然后将字符串转换成对象；
add和check方法中获取Redis连接时都有可能获取失败，所以如果发生异常就sleep后再重试；
成员变量addPersionIdGenerator、checkPersionIdGenerator都是用于id增长的AtomicInteger实例，这样性能测试时就不用输入id了，用这两个对象生成连续的id；
Helper.success和Helper.error方法会设置Response的返回码，Apache bench是根据Response的返回码是否位200来判定请求是成功还是失败；

开发基于Kyro序列化存取的web应用redis-performance-demo-kryo

在SpringBoot框架使用Kyro作为Redis序列化工具的详细过程请参考《
SpringBoot下用Kyro作为Redis序列化工具》，这里就不多说了，同样是类需要关注：

@Controller
public class RedisController {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisController.class);

    private static AtomicInteger addPersionIdGenerator = new AtomicInteger(0);

    private static AtomicInteger checkPersionIdGenerator = new AtomicInteger(0);

    private static final String PREFIX = "person_";

    private static final int TIMES = 100;

    @Autowired
    private RedisClient redisClient;

    /**
     * 检查指定id的记录
     * @param id
     * @param response
     */
    @RequestMapping(value = "/checksingle/{id}", method = RequestMethod.GET)
    public void check(@PathVariable("id") final int id, HttpServletResponse response) {
        checkPerson(id, response);
    }

    /**
     * 将最后一次检查的id加一，然后根据最新id检查记录
     * @param response
     */
    @RequestMapping(value = "/check", method = RequestMethod.GET)
    public void check(HttpServletResponse response) {
        boolean hasError = false;
        for(int i=0;i<TIMES;i++) {
            boolean rlt = checkPerson(checkPersionIdGenerator.incrementAndGet(), response);
            if(!rlt){
                hasError = true;
                break;
            }
        }

        if(!hasError){
            Helper.success(response, "check success");
        }
    }

    /**
     * 向redis增加一条记录
     * @param response
     */
    @RequestMapping(value = "/add", method = RequestMethod.GET)
    public void add(HttpServletResponse response) {
        boolean isSuccess;

        for(int i=0;i<TIMES;i++) {
            Person person = Helper.buildPerson(addPersionIdGenerator);

            isSuccess = false;

            while (true){
                try {
                    redisClient.set(PREFIX + person.getId(), person);
                    isSuccess = true;
                } catch (Exception e) {
                    logger.error("save redis error, ", e);
                }

                if(isSuccess){
                    break;
                }else{
                    try{
                        Thread.sleep(100);
                    }catch(InterruptedException e){
                        logger.error("1. sleep error, ", e);
                    }
                }
            }
        }

        Helper.success(response, "save success");
    }

    /**
     * 将id清零
     * @param response
     */
    @RequestMapping(value = "/reset", method = RequestMethod.GET)
    public void reset(HttpServletResponse response){
          addPersionIdGenerator.set(0);
          checkPersionIdGenerator.set(0);
          Helper.success(response, "id generator reset success!");
    }

    /**
     * 检查指定id的数据是否正常
     * @param id
     * @param response
     */
    private boolean checkPerson(int id, HttpServletResponse response){
        Person person = null;
        boolean isSuccess;

        while (true) {
            isSuccess = false;
            try {
                person = redisClient.getObject(PREFIX + id);
                isSuccess = true;
            } catch (Exception e) {
                logger.error("get from redis error");
            }

            if(isSuccess){
                break;
            }else{
                try{
                    Thread.sleep(100);
                }catch(InterruptedException e){
                    logger.error("2. sleep error, ", e);
                }
            }
        }

        if(null==person){
            Helper.error( response, "[" + id + "] not exist!");
            return false;
        }

        String error = Helper.checkPerson(person);

        if(null==error){
            //Helper.success(response, "[" + id + "] check success, object :\n" + JSONObject.toJSONString(person));
            return true;
        }else {
            Helper.error(response, "[" + id + "] " + error);
            return false;
        }
    }
}

以上代码，同样需要关注的是add和check方法，它们是性能测试时被调用的接口；

web应用编译构建

在应用redis-performance-demo-string的pom.xml所在目录执行命令mvn clean package -U -DskipTests，编译构架成功后，在target目录下得到文件redis-performance-demo-string-0.0.1-SNAPSHOT.jar；
在应用redis-performance-demo-kryo的pom.xml所在目录执行命令mvn clean package -U -DskipTests，编译构架成功后，在target目录下得到文件redis-performance-demo-kryo-0.0.1-SNAPSHOT.jar；
redis-performance-demo-string-0.0.1-SNAPSHOT.jar和redis-performance-demo-kryo-0.0.1-SNAPSHOT.jar这两个文件留在稍后部署web应用的时候使用；

在测试端机器上安装Apache bench

准备一台Linux机器作为执行性能测试的机器，在上面安装Apache bench，对于ubuntu执行以下命令即可完成安装：

apt-get install -y apache2-utils

本次性能测试，我在一台树莓派3B上安装了Apache bench，作为性能测试的执行机器，如果您手里有这类设备也可以尝试，先安装64位Linux操作系统，详情参照《树莓派3B安装64位操作系统(树莓派无需连接显示器键盘鼠标)》；

部署应用redis-performance-demo-string

将前面生成的redis-performance-demo-string-0.0.1-SNAPSHOT.jar文件复制到web应用服务器上，执行命令java -jar >redis-performance-demo-string-0.0.1-SNAPSHOT.jar，即可启动应用；

redis-performance-demo-string应用预热

用Apache bench先web server发起请求，然后丢弃测试结果，因为这次请求中部分处理是在JIT之前完成的，不算数；
在Apache bench所在机器上执行如下命令即可发起序列化和写入Redis的性能测试：

ab -n 5000 -c 200 http://192.168.31.104:8080/add

以上是序列化和写入Redis的测试，执行完毕后再执行下面的读Redis和反序列化的性能测试：

ab -n 5000 -c 200 http://192.168.31.104:8080/check

192.168.31.104是部署redis-performance-demo-string应用的应用服务器IP地址，8080是应用启动后监听的端口；

正式压测redis-performance-demo-string并保存结果

先清理预热时残留的数据，在Redis服务器上执行redis-cli进入命令行，然后执行flushall清除该Redis所有数据，注意：该命令会删除Redis上全部数据，请慎用！！！；
通过浏览器访问地址：http://192.168.31.104:8080/reset，将生成id的全局变量重新设置为0；
测试序列化和写入，在Apache bench所在机器再次执行ab -n 150000 -c 200 http://192.168.31.104:8080/add，等测试结束后，记录测试结果中的三个关键信息如下：

名称	数值	含义
Requests per second	399.18	每秒吞吐率，单位时间内能处理的最大请求数
Time per request	501.033	用户平均请求等待时间，毫秒
Time per request (mean, across all concurrent requests)	2.505	服务器平均请求等待时间；它是吞吐率的倒数；它也等于"用户平均请求等待时间"除以"并发用户数"

去Redis服务器执行命令info，得到Redis内存使用大小为3.30G(used_memory_human)；
去Redis服务器执行命令dbsize，得到记录数为15000000，符合预期；
测试反序列化和读取，在Apache bench所在机器执行ab -n 150000 -c 200 http://192.168.31.104:8080/check，等测试结束后，记录测试结果中的三个关键信息如下：

名称	数值	含义
Requests per second	425.22	每秒吞吐率，单位时间内能处理的最大请求数
Time per request	470.341	用户平均请求等待时间，毫秒
Time per request (mean, across all concurrent requests)	2.352	服务器平均请求等待时间；它是吞吐率的倒数；它也等于"用户平均请求等待时间"除以"并发用户数"

部署应用redis-performance-demo-kryo

将前面生成的redis-performance-demo-kryo-0.0.1-SNAPSHOT.jar文件复制到web应用服务器上，执行命令java -jar >redis-performance-demo-kryo-0.0.1-SNAPSHOT.jar，即可启动应用；

redis-performance-demo-kryo应用预热

用Apache bench先web server发起请求，然后丢弃测试结果，因为这次请求中部分处理是在JIT之前完成的，不算数；
在Apache bench所在机器上执行如下命令即可发起序列化和写入Redis的性能测试：

ab -n 5000 -c 200 http://192.168.31.104:18080/add

以上是序列化和写入Redis的测试，执行完毕后再执行下面的读Redis和反序列化的性能测试：

ab -n 5000 -c 200 http://192.168.31.104:18080/check

192.168.31.104是部署redis-performance-demo-kryo应用的应用服务器IP地址，18080是应用启动后监听的端口；

正式压测redis-performance-demo-kryo并保存结果

先清理预热时残留的数据，在Redis服务器上执行redis-cli进入命令行，然后执行flushall清除该Redis所有数据，注意：该命令会删除Redis上全部数据，请慎用！！！；
通过浏览器访问地址：http://192.168.31.104:18080/reset，将生成id的全局变量重新设置为0；
测试序列化和写入，在Apache bench所在机器再次执行ab -n 150000 -c 200 http://192.168.31.104:18080/add，等测试结束后，记录测试结果中的三个关键信息如下：

名称	数值	含义
Requests per second	381.06	每秒吞吐率，单位时间内能处理的最大请求数
Time per request	524.851	用户平均请求等待时间，毫秒
Time per request (mean, across all concurrent requests)	2.624	服务器平均请求等待时间；它是吞吐率的倒数；它也等于"用户平均请求等待时间"除以"并发用户数"

去Redis服务器执行命令info，得到Redis内存使用大小为3.20G：
去Redis服务器执行命令dbsize，得到记录数为15000000，符合预期；
测试反序列化和读取，在Apache bench所在机器执行ab -n 50000 -c 500 http://192.168.31.104:18080/check，等测试结束后，记录测试结果中的三个关键信息如下：

名称	数值	含义
Requests per second	386.49	每秒吞吐率，单位时间内能处理的最大请求数
Time per request	517.484	用户平均请求等待时间，毫秒
Time per request (mean, across all concurrent requests)	2.587	服务器平均请求等待时间；它是吞吐率的倒数；它也等于"用户平均请求等待时间"除以"并发用户数"

至此，性能测试已经完毕，我们把关键的QPS和内存大小拿来对比一下，如下表所示：

名称	string	Kryo
每秒吞吐率（序列化和写入Reids）	399.18	381.06
每秒吞吐率（反序列化和读取Reids）	425.22	386.49
所占内存大小	3.30G	3.20G

从以上对比可以发现：

两种序列化方案的数据存入Redis后，kryo占用内存小于string，但是优势并不明显；
不论是读还是写，kryo方案的吞吐率低于sting方案，这和之前预期的不同，但是网上已经有很多实践证明kryo方案的速度优于字符串方案，所以除了kryo本身的优势，对于kryo方案的集成以及redis连接管理等因素对吞吐率都有影响，SpringBoot的StringRedisTemplate看来是个优秀的处理工具；

测试的硬件环境与生产环境有着不小差别，所以数据仅供参考，也可能是我的测试代码质量堪忧所致（囧），如果您发现其中的问题，期待您的及时指正；

欢迎关注华为云博客：程序员欣宸

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