Что такое проблема ‘hot key’ при шардировании и как с ней бороться?

Проблема 'hot key' (горячий ключ) возникает в шардированных системах, когда один или небольшое количество ключей данных получают непропорционально большую долю запросов по сравнению с остальными. Это приводит к тому, что шард (узел), на котором хранится этот ключ, становится перегружен, в то время как другие шарды простаивают.

Последствия:

• Деградация производительности: Запросы к 'горячему' шарду выполняются медленно, что влияет на общую производительность системы.
• Отказ в обслуживании: Шард может исчерпать ресурсы (CPU, память, IO) и перестать отвечать на запросы.
• Неэффективное использование ресурсов: Остальные шарды остаются недогруженными.

Стратегии борьбы с 'hot key':

1. Кэширование на стороне клиента или на уровне приложения:

   • Значение для 'горячего' ключа можно закэшировать в Redis или Memcached. Это позволяет обрабатывать большинство запросов на чтение из быстрого кэша, не нагружая базу данных.

2. Декомпозиция ключа (Key Salting):

   • Добавить к 'горячему' ключу случайный суффикс (соль), чтобы распределить запросы по нескольким ключам, которые, в свою очередь, попадут на разные шарды. При чтении потребуется обращаться ко всем возможным вариантам ключа.

   import "fmt"
   import "math/rand"
   
   const hotKey = "user:123"
   const saltRange = 10 // Распределяем нагрузку на 10 ключей
   
   // При записи
   func getWriteKey(key string) string {
       salt := rand.Intn(saltRange)
       return fmt.Sprintf("%s:%d", key, salt)
   }
   
   // При чтении нужно будет проверить все возможные ключи
   func getReadKey(key string, salt int) string {
       return fmt.Sprintf("%s:%d", key, salt)
   }

3. Репликация чтения:

   • Если 'hot key' в основном читается, можно создать несколько реплик этого ключа на разных шардах и балансировать запросы на чтение между ними.

4. Выделенный шард:

   • В крайних случаях, если ключ генерирует огромную нагрузку, его можно вынести на отдельный, более мощный шард, изолировав его от остальных данных.

Важно: Ключевым элементом является мониторинг. Необходимо отслеживать нагрузку на шарды и количество запросов по ключам, чтобы своевременно обнаруживать появление 'hot keys' и применять соответствующие стратегии.