Redis之Keys命令和Scan命令
序言
网上看到的面试题：Redis有1亿个key，其中10w个key是以某个固定的前缀开头，如何将它们全部找出来？一般有两种命令可以实现：
- Keys命令
- Scan命令
下面具体分析一下两种命令
Keys命令
Keys pattern
如下图所示，建了一些不同数据结构（String、Hash、List、Set、ZSet）的Key，使用命令找出前缀为prefix的Key（key区分大小写），
- 时间复杂度O（n）；
- 笔记本电脑40毫秒内可以查100w个键值对；
- 生产环境慎用，大型数据库上执行会影响性能；
那么在大型数据库场景下为什么不能使用该命令呢？
Keys命令是一个阻塞式操作。
- 单线程模型：Redis的命令处理是基于单线程的。一个命令在执行时，其他所有客户端的请求都必须等待；
- 全量遍历：Keys为了找出所有匹配的key，会遍历数据库（NoSQL）中所有的key，遍历完成之前，Redis无法处理任何其他命令。
- 生产环境灾难：如果正在有1亿个key的实例上执行
Keys命令，会导致Redis服务卡顿数十秒甚至数分钟，所有依赖Redis的业务都会出现超时和雪崩，会导致严重的生产事故。
Scan命令
SCAN cursor [MATCH pattern] [COUNT count] [TYPE type]
- 单次调用时间复杂度O（1），完整迭代时间复杂度O（n）；所以单次调用不会长时间阻塞线上服务；
- 非阻塞式（渐进式）迭代：该命令允许增量迭代，每次调用返回少量数据，然后返回一个游标（cursor），下次传入这个游标，Redis就会接着上次结束的地方继续扫描，如上图
scan xxx match prefix* count 3每次返回的游标不一定按照顺序； - COUNT参数：
COUNT是一个建议值，告诉Redis希望每次迭代返回大约多少个key。但不是精确的，有时多有时少，但是可以控制单次扫描的粒度。如上图scan xxx match prefix* count 3每次返回的数据量不一定都是3；
参看官网，相关的还有其他的一些扫描指令：
- SSCAN：iterates elements of Sets types.（针对Set数据结构）
- HSCAN：iterates fields of Hash types and their associated values.（针对Hash数据结构）
- ZSCAN：iterates elements of Sorted Set types and their associated scores.（针对ZSet数据结构）
实际操作
实际项目中可能会通过python脚本或者LUA脚本去执行查找，下面是使用python代码去执行的示例代码，
import redisr = redis.Redis(host='localhost', port=6379)
cursor = 0
prefix = 'your_prefix:*'
found_keys = []while True:cursor, keys = r.scan(cursor, match=prefix, count=10000)found_keys.extend(keys)if cursor == 0:break
可以使用Lua脚本在Redis服务器端直接处理，减少网络往返：
local keys = redis.call('SCAN', ARGV[1], 'MATCH', ARGV[2], 'COUNT', ARGV[3])
return keys
其他思路
空间换时间
另外维护一个“索引”：
- 创建Key时，将key添加到前缀索引的Set集合中；
- 查找Key时，直接读取索引Set的所有成员，这样时间复杂度即使是O（n），遍历的也是10w数据，而非NoSQL数据库中的1亿条数据；
- 删除时，除了删除原始key，还需要从索引Set中移除对应的成员；
从节点（Replica）执行
假设这是一个低频且用于离线分析的需求，并且不想修改现有的数据结构，可以考虑在Redis集群（主从、哨兵、集群模式）的从节点去执行SCAN命令操作（甚至Keys命令），避免长时间耗时影响主节点（Master）的正常读写。
