使用Redis的HSCAN命令遇到的一个问题

前提

笔者最近在做一个项目时候使用Redis存放客户端展示的订单列表，列表需要进行分页。由于笔者先前对Redis的各种数据类型的使用场景并不是十分熟悉，于是先入为主地看到Hash类型：

USER_ID:1
   ORDER_ID:ORDER_XX: {"amount": "100","orderId":"ORDER_XX"}
   ORDER_ID:ORDER_YY: {"amount": "200","orderId":"ORDER_YY"}

感觉Hash类型完全满足需求实现的场景。然后想当然地考虑使用HSCAN命令进行分页，引发了后面遇到的问题。

SCAN和HSCAN命令

SCAN命令如下：

SCAN cursor [MATCH pattern] [COUNT count] [TYPE type]
// 返回值如下：
// 1. cursor，数值类型，下一轮的起始游标值，0代表遍历结束
// 2. 遍历的结果集合，列表

SCAN命令在Redis2.8.0版本中新增，时间复杂度计算如下：每一轮遍历的时间复杂度为O(1)，所有元素遍历完毕直到游标cursor返回0的时间复杂度为O(N)，其中N为集合内元素的数量。SCAN是针对整个Database内的所有KEY进行渐进式的遍历，它不会阻塞Redis，也就是使用SCAN命令遍历KEY的性能会优于KEY *命令。对于Hash类型有一个衍生的命令HSCAN专门用于遍历Hash类型及其相关属性(Field)的字段：

HSCAN key cursor [MATCH pattern] [COUNT count]
// 返回值如下：
// 1. cursor，数值类型，下一轮的起始游标值，0代表遍历结束
// 2. 遍历的结果集合，是一个映射

笔者当时没有详细查阅Redis的官方文档，想当然地认为Hash类型的分页简单如下（假设每页数据只有1条）：

// 第一页
HSCAN USER_ID:1 0 COUNT 1    <= 这里认为返回的游标值为1
// 第二页
HSCAN USER_ID:1 1 COUNT 1    <= 这里认为返回的游标值为0，结束迭代

实际上，执行的结果如下：

HSCAN USER_ID:1 0 COUNT 1

// 结果
0 
 ORDER_ID:ORDER_XX
 {"amount": "100","orderId":"ORDER_XX"}
 ORDER_ID:ORDER_YY
 {"amount": "200","orderId":"ORDER_YY"}

也就是在第一轮遍历的时候，KEY对应的所有Field-Value已经全量返回。笔者尝试增加哈希集合KEY = USER_ID:1里面的元素，但是数据量相对较大的时候，依然没有达到预期的分页效果；另一个方面，尝试修改命令中的COUNT值，发现无论如何修改COUNT值都不会对遍历的结果产生任何影响（也就是还是在第一轮迭代返回全部结果）。百思不得其解的情况下，只能仔细翻阅官方文档寻找解决方案。在SCAN命令的COUNT属性描述中找到了原因：

简单翻译理解一下：

SCAN命令以及其衍生命令并不保证每一轮迭代返回的元素数量，但是可以使用COUNT属性凭经验调整SCAN命令的行为。COUNT指定每次调用应该完成遍历的元素的数量，以便于遍历集合，本质只是一个提示值。

1. COUNT默认值为10。
2. 当遍历的目标Set、Hash、Sorted Set或者Key空间足够大可以使用一个哈希表表示并且不使用MATCH属性的前提下，Redis服务端会返回COUNT或者比COUNT大的遍历元素结果集合。
3. 当遍历只包含Integer值的Set集合（也称为intsets），或者ziplists类型编码的Hash或者Sorted Set集合（说明这些集合里面的元素占用的空间足够小），那么SCAN命令会返回集合中的所有元素，直接忽略COUNT属性。

注意第3点，这个就是在Hash集合中使用HSCAN命令COUNT属性失效的根本原因。Redis配置中有两个和Hash类型ziplist编码的相关配置值：

hash-max-ziplist-entries 512
hash-max-ziplist-value 64

在如下两个条件之一满足的时候，Hash集合的编码会由ziplist会转成dict：

• 当Hash集合中的数据项（即Field-Value对）的数目超过512的时候。
• 当Hash集合中插入的任意一个Field-Value对中的Value长度超过64。

当Hash集合的编码会由ziplist会转成dict，Redis为Hash类型的内存空间占用优化相当于失败了，降级为相对消耗更多内存的字典类型编码，这个时候，HSCAN命令COUNT属性才会起效。

案例验证

简单验证一下上一节得出的结论，写入一个测试数据如下：

// 70个X
HSET USER_ID:2 ORDER_ID:ORDER_XXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX   
// 70个Y
HSET USER_ID:2 ORDER_ID:ORDER_YYY YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY

接着开始测试一下HSCAN命令：

// 查看编码
object encoding USER_ID:2
// 编码结果
hashtable

// 第一轮迭代
HSCAN USER_ID:2 0 COUNT 1
// 第一轮迭代返回结果
2 
 ORDER_ID:ORDER_YYY
 YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY

// 第二轮迭代 
HSCAN USER_ID:2 2 COUNT 1
0 
 ORDER_ID:ORDER_XXX
 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

测试案例中故意让两个值的长度为70，大于64，也就是让Hash集合转变为dict(hashtable)类型，使得COUNT属性生效。但是，这种做法是放弃了Redis为Hash集合的内存优化。显然，HSCAN命令天然不是为了做数据分页而设计的，而是为了渐进式的迭代（也就是如果需要迭代的集合很大，也不会阻塞Redis服务）。所以笔者最后放弃了使用HSCAN命令，寻找更适合做数据分页查询的其他Redis命令。

小结

通过这简单的踩坑案例，笔者得到一些经验：

• 切忌先入为主，使用中间件的时候要结合实际的场景。
• 使用工具的之前要仔细阅读工具的使用手册。
• 要通过一些案例验证自己的猜想或者推导的结果。

Redis提供的API十分丰富，后面应该还会遇到更多的踩坑经验。

附件

• Markdown文件：https://github.com/zjcscut/blog-article-file/tree/master/20190812/middleware-redis-hash-problem-first