redis 单线程高性能博客-1

分手后的思念是犯贱 2024-04-18 08:37 36阅读 0赞

## Redis 简介 ##

Redis 是一个开源的内存中的数据存储系统， 可以用作 ： 数据库、 缓存和消息中间件。

常见的数据类型： String （字符串）， Hash（散列），List（列表），Set（集合），有序集合（Sorted Set或者ZSet）与范围查询， Bitmaps， Hyperloglogs 和地理空间（Geospatial）索引半径查询。

数据库的工作模式按存储方式可以分为： 硬盘数据库和内存数据库。 Redis 将数据储存在内存里面，读写数据的时候都不会受到磁盘 I/O 速度的限制，所以速度极快。

磁盘数据库每次加载数据会存在 I/O速度的限制

*  不同 I/O 类型及其对 CPU 的开销

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>I/O 类型</th> 
   <th>花费的 CPU 时钟周期</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>CUP一级缓存</td> 
   <td>3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CPU二级缓存</td> 
   <td>14</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>内存</td> 
   <td>250</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>硬盘</td> 
   <td>41000000</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>网络</td> 
   <td>240000000</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

Redis 采用的是基于内存的单进程单线程模型的 KV 数据库， 由 C 语言编写，官方提供的数据是可以达到 10万+ 的 QPS（每秒内查询次数）。 这个数据不比采用单进程多线程同样基于内存的 KV 数据库 Memcached 差，官方给的基准程序测试：

[![2018030715491722][]][2018030715491722 1]

横轴是连接数，纵轴是 QPS 。

### 为什么那么快 ###

完全基于内存，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速。数据存在内存中，类似于 HashMap， HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O（1）。

数据结构简单，对数据操作也简单， Redis 中的数据结构是专门进行设计的。

采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现的死锁导致的性能消耗。

使用多路 I/O 复用模型， 非阻塞 IO。可以让单个线程高效处理多个连接请求，且 Reids 在内存中操作数据非常快，内存内的操作不会是 Redis 的性能瓶颈。

底层模型不同，它们之间底层实现方式以及与客户端之间通信协议不一样，Redis直接自己构建了VM 机制，因为一般的系统调用系统函数的话，会浪费一定的时间去移动和请求。

## 为什么 Redis 是单线程的 ##

首先 Redis 基于内存操作， CPU 不是 Redis 的瓶颈

Redis 的瓶颈有可能是机器内存的大小或者网络带宽

既然单线程容易实现，而且 CPU 不会成为瓶颈，那就采用单线程方案了，毕竟多线程会有很多麻烦需要去解决。

单线程情况下已经很快了，就没有必要在使用多线程。但是单线程无法发挥多核 CPU 性能，我们可以在单机多开几个 Redis 实例来完善。

*单线程指的是处理网络请求只有一个线程，一个 Redis server 运行的时候肯定是布置一个线程的。*

## Redis 注意 ##

因为 Redis 是单线程-多路复用I/O模型，这种模型避免了多线程的很多问题，如死锁。

但是，只有一个线程，如果遇到非常消耗 CPU 的命令，那么 Redis 的并发量将会下降。为了避免这个问题，可以在同一多核服务器中，启动多个实例，组成 master-master 或者 master-salve 的形式，耗时命令可以放到 slave 进行。

## 常见的数据库模型： ##

*  单进程多线程模型： MySQL 、 Memcached、 Oracle （windows版本）
 *  多进程模型： Oracle （Linux 版本）
 *  Nginx 有两类进程， 一类为 Master进程（管理进程），另一类为 Worker 进程（实际工作进程）启动方式有两种：
    
     *  单进程启动：此时系统中仅有一个进程，该进程既充当 Master ， 也充当 Worker 。
     *  多进程启动：此时系统有且仅有一个 Master 进程，至少有一个 Worker 进程。
     *  Master 进程主要进行一些全局性的初始化工作和管理 Worker 工作；事件是在 Worker 中进行的。

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[2018030715491722 1]: https://enjoyms.com/images/2018030715491722.png