Redis 7 クラスタ運用とメモリ最適化ハンドブック 2026

#!lua name=mylib

-- 閲覧数の増加と閲覧履歴をアトミックに処理する関数
redis.register_function('increment_view', function(keys, args)
  local current = redis.call('HINCRBY', keys[1], 'views', 1)
  redis.call('ZADD', keys[1] .. ':history', redis.call('TIME')[1], args[1])
  return current
end)

# ライブラリのロード
cat mylib.lua | redis-cli -x FUNCTION LOAD REPLACE

# 関数の呼び出し
redis-cli FCALL increment_view 1 article:1001 "user:42"

# 登録済み関数一覧の確認
redis-cli FUNCTION LIST

# キャッシュ専用ユーザー：cache:*キーに読み書き、session:*キーに読み取りのみ許可
redis-cli ACL SETUSER cache_worker on >StrongP@ss123 \
  ~cache:* +@all \
  (~session:* %R~session:* +@read)

# ACLルールの確認
redis-cli ACL GETUSER cache_worker

# 現在のACLリストをファイルに保存
redis-cli ACL SAVE

# 6つのRedisインスタンスの設定（ポート7000〜7005）
for port in 7000 7001 7002 7003 7004 7005; do
  mkdir -p /opt/redis-cluster/${port}
  cat > /opt/redis-cluster/${port}/redis.conf << CONF
port ${port}
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-${port}.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes
appendfilename "appendonly.aof"
dir /opt/redis-cluster/${port}
maxmemory 4gb
maxmemory-policy allkeys-lfu
bind 0.0.0.0
protected-mode no
save 3600 1 300 100 60 10000
aof-use-rdb-preamble yes
CONF
  redis-server /opt/redis-cluster/${port}/redis.conf &
done

# クラスタ作成（マスター3 + レプリカ3）
redis-cli --cluster create \
  192.168.1.10:7000 192.168.1.10:7001 192.168.1.10:7002 \
  192.168.1.10:7003 192.168.1.10:7004 192.168.1.10:7005 \
  --cluster-replicas 1

# 同一スロットに配置：{user:1000}部分のみがハッシュ計算に使用される
redis-cli SET "{user:1000}.profile" '{"name":"Kim"}'
redis-cli SET "{user:1000}.settings" '{"theme":"dark"}'
redis-cli SET "{user:1000}.cart" '["item1","item2"]'

# 同じスロットか確認
redis-cli CLUSTER KEYSLOT "{user:1000}.profile"
redis-cli CLUSTER KEYSLOT "{user:1000}.settings"

# 新しいノードをクラスタに追加
redis-cli --cluster add-node 192.168.1.10:7006 192.168.1.10:7000

# 自動リバランシング：すべてのマスターにスロットを均等分配
redis-cli --cluster rebalance 192.168.1.10:7000

# 特定のノードから別のノードへスロットを手動移動
redis-cli --cluster reshard 192.168.1.10:7000 \
  --cluster-from <source-node-id> \
  --cluster-to <target-node-id> \
  --cluster-slots 1000 \
  --cluster-yes

# クラスタ状態の確認
redis-cli --cluster check 192.168.1.10:7000
redis-cli --cluster info 192.168.1.10:7000

# 特定キーのメモリ使用量を確認（バイト単位）
redis-cli MEMORY USAGE user:profile:10001
# (integer) 256

# ネストされた構造の場合、サンプル数を指定（0で全探索）
redis-cli MEMORY USAGE myhash SAMPLES 0

# メモリ診断レポート
redis-cli MEMORY DOCTOR
# "Sam, I have no memory problems"

# メモリ統計サマリー
redis-cli MEMORY STATS

# サーバー全体のメモリ情報
redis-cli INFO memory

# 最大メモリと削除ポリシー
maxmemory 4gb
maxmemory-policy allkeys-lfu

# LFUアルゴリズムのチューニング
# lfu-log-factor：値が大きいほどカウンター増加が遅い（デフォルト10）
# lfu-decay-time：カウンター減少周期（分単位、デフォルト1）
lfu-log-factor 10
lfu-decay-time 1

# メモリデフラグの有効化（jemallocベース）
activedefrag yes
active-defrag-enabled yes
active-defrag-ignore-bytes 100mb
active-defrag-threshold-lower 10
active-defrag-threshold-upper 100
active-defrag-cycle-min 1
active-defrag-cycle-max 25

# Lazy Free設定：大容量キー削除時のバックグラウンド処理
lazyfree-lazy-eviction yes
lazyfree-lazy-expire yes
lazyfree-lazy-server-del yes
replica-lazy-flush yes

# I/Oスレッド設定（Redis 7+）
io-threads 4
io-threads-do-reads yes

# redis.conf：エンコーディングしきい値調整例
# 小さなハッシュが多いワークロード：しきい値を上げてlistpackを維持
hash-max-listpack-entries 256
hash-max-listpack-value 128

# 小さなソート済みセットが多いランキングサービス
zset-max-listpack-entries 256
zset-max-listpack-value 64

# 小さなセットが多いタグシステム
set-max-listpack-entries 256
set-max-intset-entries 1024

# リストノードあたりの最大サイズ（-2 = 8KB、-1 = 4KB）
list-max-listpack-size -2
list-compress-depth 1

# 現在のエンコーディングを確認
redis-cli OBJECT ENCODING mykey

# 小さなハッシュ（listpack）
redis-cli HSET small:hash f1 v1 f2 v2 f3 v3
redis-cli OBJECT ENCODING small:hash
# "listpack"

# しきい値超過時にhashtableに自動切り替え
# 129個のフィールドを持つハッシュを作成（デフォルトhash-max-listpack-entries=128超過）
for i in $(seq 1 129); do
  redis-cli HSET big:hash "field_${i}" "value_${i}"
done
redis-cli OBJECT ENCODING big:hash
# "hashtable"

# 整数のみで構成されたSet：intsetエンコーディング
redis-cli SADD int:set 1 2 3 4 5
redis-cli OBJECT ENCODING int:set
# "intset"

# redis.conf：ハイブリッドモード（プロダクション推奨）

# RDBスナップショット周期：3600秒（1時間）内に1回変更、300秒内に100回、60秒内に10000回
save 3600 1 300 100 60 10000

# AOFの有効化
appendonly yes
appendfilename "appendonly.aof"

# AOF fsyncポリシー：everysec（パフォーマンスと安定性のバランス）
appendfsync everysec

# ハイブリッドモードの有効化：AOFリライト時にRDB形式をプリアンブルとして使用
aof-use-rdb-preamble yes

# Multi-Part AOFディレクトリ（Redis 7デフォルト）
appenddirname "appendonlydir"

# AOFリライトのトリガー条件
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb

# RDB圧縮とチェックサム
rdbcompression yes
rdbchecksum yes
dbfilename dump.rdb

# バックグラウンド保存失敗時の書き込み停止
stop-writes-on-bgsave-error yes

# メモリ使用量の確認
redis-cli INFO memory | grep -E "used_memory_human|used_memory_rss_human|mem_fragmentation_ratio"
# used_memory_human:2.85G
# used_memory_rss_human:3.12G
# mem_fragmentation_ratio:1.09

# クラスタ状態の確認
redis-cli CLUSTER INFO
# cluster_state:ok
# cluster_slots_assigned:16384
# cluster_slots_ok:16384
# cluster_known_nodes:6
# cluster_size:3

# 秒間コマンド処理量
redis-cli INFO stats | grep instantaneous_ops_per_sec

# 接続数の確認
redis-cli INFO clients | grep connected_clients

# キースペースヒット率（キャッシュ効率）
redis-cli INFO stats | grep -E "keyspace_hits|keyspace_misses"

# スローログの確認（10ms以上かかったコマンド）
redis-cli SLOWLOG GET 10
redis-cli SLOWLOG LEN

import redis
from redis.cluster import RedisCluster

# Redis Cluster接続
startup_nodes = [
    {"host": "192.168.1.10", "port": 7000},
    {"host": "192.168.1.10", "port": 7001},
    {"host": "192.168.1.10", "port": 7002},
]

rc = RedisCluster(
    startup_nodes=startup_nodes,
    decode_responses=True,
    password="your_secure_password",
    socket_timeout=5,
    retry_on_timeout=True,
)

def check_cluster_health():
    """クラスタ全体の状態を点検し、異常時にアラートを送信する。"""
    alerts = []

    # クラスタ状態の確認
    cluster_info = rc.cluster_info()
    if cluster_info.get("cluster_state") != "ok":
        alerts.append(f"[CRITICAL] クラスタ状態異常: {cluster_info.get('cluster_state')}")

    # 各ノードのメモリ使用率を点検
    for node in rc.get_nodes():
        try:
            info = rc.get_redis_connection(node).info("memory")
            used = info["used_memory"]
            maxmem = info.get("maxmemory", 0)
            if maxmem > 0:
                usage_pct = (used / maxmem) * 100
                if usage_pct > 85:
                    alerts.append(
                        f"[WARNING] ノード {node.host}:{node.port} "
                        f"メモリ使用率 {usage_pct:.1f}%"
                    )

            # メモリフラグメンテーション率を点検
            frag_ratio = info.get("mem_fragmentation_ratio", 1.0)
            if frag_ratio > 1.5:
                alerts.append(
                    f"[WARNING] ノード {node.host}:{node.port} "
                    f"メモリフラグメンテーション率 {frag_ratio:.2f}"
                )
        except Exception as e:
            alerts.append(f"[ERROR] ノード {node.host}:{node.port} 接続失敗: {e}")

    return alerts


def get_memory_report():
    """ノード別メモリ使用状況レポートを生成する。"""
    report = []
    for node in rc.get_nodes():
        try:
            info = rc.get_redis_connection(node).info("memory")
            report.append({
                "node": f"{node.host}:{node.port}",
                "role": node.server_type,
                "used_memory_human": info["used_memory_human"],
                "used_memory_rss_human": info["used_memory_rss_human"],
                "fragmentation_ratio": info["mem_fragmentation_ratio"],
                "used_memory_peak_human": info["used_memory_peak_human"],
            })
        except Exception as e:
            report.append({"node": f"{node.host}:{node.port}", "error": str(e)})
    return report


if __name__ == "__main__":
    # クラスタヘルスチェック
    alerts = check_cluster_health()
    if alerts:
        for alert in alerts:
            print(alert)
        # send_to_slack(alerts) または send_to_pagerduty(alerts)
    else:
        print("すべてのノード正常")

    # メモリレポート出力
    for item in get_memory_report():
        print(item)

# 現在のフラグメンテーション率を確認
redis-cli INFO memory | grep mem_fragmentation_ratio

# ランタイムでActive Defragを有効化
redis-cli CONFIG SET activedefrag yes
redis-cli CONFIG SET active-defrag-threshold-lower 10

# デフラグの進行状況を確認
redis-cli INFO memory | grep -E "active_defrag"

# ビッグキースキャン（SCANベース、プロダクションでも安全）
redis-cli --bigkeys

# 特定キーの正確なメモリ使用量
redis-cli MEMORY USAGE large:hash SAMPLES 0

# ビッグキーの非同期削除（UNLINK = ノンブロッキングDEL）
redis-cli UNLINK large:hash

# redis.conf
repl-backlog-size 256mb
repl-backlog-ttl 3600

# 現在のクラスタノード状態を確認
redis-cli CLUSTER NODES

# 特定ノードがFAIL状態か確認
redis-cli CLUSTER INFO | grep cluster_state

# 手動フェイルオーバー（レプリカで実行）
redis-cli -p 7003 CLUSTER FAILOVER

# 強制フェイルオーバー（マスターが応答不能時）
redis-cli -p 7003 CLUSTER FAILOVER FORCE

# AOFファイルの整合性検証
redis-check-aof --fix /opt/redis-cluster/7000/appendonlydir/appendonly.aof.1.incr.aof

# RDBファイルの整合性検証
redis-check-rdb /opt/redis-cluster/7000/dump.rdb

# バックアップからの復旧：インスタンス停止後RDB/AOFファイルを置き換え
redis-cli -p 7000 SHUTDOWN NOSAVE
cp /backup/dump.rdb /opt/redis-cluster/7000/dump.rdb
redis-server /opt/redis-cluster/7000/redis.conf