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    Redis是单线程的,但Redis为什么这么快?

    来源:程序猿的内心独白 发布时间:2018-12-15 阅读次数:

      近乎所有与Java相关的面试都会问?#20132;?#23384;的问题,基础一点的会问到什么是“二八定律”、什么是“热数据和冷数据”,复杂一点的会问?#20132;?#23384;雪崩、缓存穿透、缓存预热、缓存更新、缓存降级等问题,这些看似不常见的概念,都与我们的缓存服务器相关,一般常用的缓存服务器有Redis、Memcached等,而笔者目前最常用的也只有Redis这一种。

      如果你在以前面试的时候还没有遇到过面试官问你《为什么说Redis是单线程的以及Redis为什么这么快!》,那么你看到这篇文章的时候,你应该觉得是一件很?#20197;?#30340;事情!如果你刚好是一位高逼格的面试官,你也可以拿这道题去面试对面“望穿秋水”般的小伙伴,测试一下他的掌握程度。

      好啦!步入正题!我们先?#25945;?#19968;下Redis是什么,Redis为什么这么快、然后在?#25945;?#19968;下为什么Redis是单线程的?

      一.Redis简介

      Redis是一个开源的内存中的数据结构存储系?#24120;?#23427;可以用作:数据库、缓存和消息中间件。

      它支持多种类型的数据结构,如字符串(String),散列(Hash),列表(List),集合(Set),有序集合(Sorted Set或者是ZSet)与?#27573;?#26597;询,Bitmaps,Hyperloglogs 和地理空间(Geospatial)索引半径查询。其中常见的数据结构类型有:String、List、Set、Hash、ZSet这5种。

      Redis 内置了复制(Replication),LUA脚本(Lua scripting), LRU驱动?#24405;↙RU eviction),事务(Transactions) 和不同级别的磁盘持?#27809;≒ersistence),并通过 Redis哨兵(Sentinel)和自动分区(Cluster)提供高可用性(High Availability)。

      Redis也提供了持?#27809;?#30340;选项,这些选项可以让用户将自己的数据保存到磁盘上面进?#20889;?#20648;。根据实?#26159;?#20917;,可以每隔一定时间将数据集导出到磁盘(快照),或者追加到命令日志中(AOF只追加文件),他会在执行写命令时,将被执行的写命令复制到硬盘里面。您也可以关闭持?#27809;?#21151;能,将Redis作为一个高效的网络的缓存数据功能使用。

      Redis不使用表,他的数据库不会预定义或者强制去要求用户对Redis存储的不同数据进行关联。

      数据库的工作模式?#21019;?#20648;方式可分为: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硬盘 I/O 速度的限制,所以速度极快。

      (1)硬盘数据库的工作模式:

      (2)内存数据库的工作模式:

      看完上述的描述,对于一些常见的Redis相关的面试题,是否有所认?#35835;耍?#20363;如:什么是Redis、Redis常见的数据结构类型?#24515;?#20123;、Redis是如何进行持?#27809;?#30340;等。

      二.Redis到?#23376;?#22810;快?

      Redis采用的是基于内存的采用的是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100000+的QPS(每秒内查询次数)。

      这个数据不比采用单进程多线程的同样基于内存的 KV 数据库 Memcached 差!

      横轴是连接数,纵轴是QPS。此时,这张图反映了一个数量级,希望大?#20197;?#38754;试的时候可以正确的描述出来,不要问你的时候,你回答的数量级相差甚远!

      三.Redis为什么这么快?

      1、完全基于内存,绝大部分请求是?#30475;?#30340;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);

      2、数据结构简单,对数据操作?#24067;?#21333;,Redis中的数据结构是专门进行设计的;

      3、采用单线程,避免了不必要的上下?#37027;謝缓?#31454;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,没有因为可能出现死锁而导致的性能消?#27169;?/p>

      4、使用多路I/O复用模型,非阻塞IO;

      5、使用底层模型不同,它们之间底层实现方式以及与客户端之间通信的应用协议不一样,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;

      以上几点都比较好理解,下边我们针对多路 I/O 复用模型进行简单的?#25945;鄭?/p>

      (1)多路 I/O 复用模型

      多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O ?#24405;?#30340;能力,在空闲的时候,会把当前线程阻塞掉,当有一个或多个流有 I/O ?#24405;?#26102;,就从阻塞态中唤醒,于是程序就会轮询一遍所有的流(epoll 是只轮询那些真正发出了?#24405;?#30340;流),并且只?#26469;?#39034;序的处理就绪的流,这种做法就避免了大量的无用操作。

      这里“多路”指的是多个网络连接,“复用”指的是复用同一个线程。

      采用多路 I/O 复用?#38469;?#21487;以让单个线程高效的处理多个连接请求(尽量减少网络 IO 的时间消?#27169;?#19988; Redis 在内存中操作数据的速度非常快,也就是?#30340;?#23384;内的操作不会成为影响Redis性能的瓶?#20445;?#20027;要由以上几点造就了 Redis 具有很高的吞吐量。

      四.那么为什么Redis是单线程的?

      我们首先要明白,上边的种种分析,都是为了营造一个Redis很快的氛围!官方FAQ表示,因为Redis是基于内存的操作,CPU不是Redis的瓶?#20445;琑edis的瓶颈最有可能是机器内存的大小或者网络带宽。?#28909;?#21333;线程容?#36164;?#29616;,而且CPU不会成为瓶?#20445;?#37027;就顺理成章地采用单线程的方案了(毕竟采用多线程会有很多麻?#24120;。?/p>

      看到这里,你可能会气哭!本以为会有什么重大的?#38469;?#35201;点才使得Redis使用单线程就可以这么快,没想到就是一句官方看似糊弄我们的回答!但是,我们已经可以很清楚的解释了为什么Redis这么快,并且正是由于在单线程模式的情况下已经很快了,就没有必要在使用多线程了!

      但是,我们使用单线程的方式是无法发挥多核CPU 性能,不过我们可以通过在单机开多个Redis ?#36947;?#26469;完善!

      警告1:这里我们一直在强调的单线程,只是在处理我们的网络请求的时候只有一个线程?#21019;?#29702;,一个正式的Redis Server运行的时候肯定是不止一个线程的,这里需要大家明确的注意一下!例如Redis进行持?#27809;?#30340;时候会以子进程或者子线程的方式执行(具体是子线程还是子进程待读者深入研究);例如?#20197;?#27979;试服务器上查看Redis进程,然后?#19994;?#35813;进程下的线程:

      ps命令的“-T”参数表示显示线程(Show threads, possibly with SPID column.)“SID”栏表示线程ID,而“CMD”栏则显示了线程名称。

      警告2:在上图中FAQ中的最后一段,表述了从Redis 4.0版本开始会支持多线程的方式,但是,只是在某一些操作上进行多线程的操作!所以该篇文章在以后的版本中是否还是单线程的方式需要读者考证!

      五.注意点

      1、我们知道Redis是用”单线程-多路复用IO模型”来实?#25351;?#24615;能的内存数据服务的,这?#21482;?#21046;避免了使用锁,但是同时这?#21482;?#21046;在进行sunion之类的比较耗时的命令时会使redis的并发下降。

      因为是单一线程,所以同一时刻只有一个操作在进行,所以,耗时的命令会导致并发的下降,不只是读并发,写并发也会下降。而单一线程也只能用到一个CPU核?#27169;?#25152;以可以在同一个多核的服务器中,可以启动多个?#36947;?#32452;成master-master或者master-slave的形式,耗时的读命令可以完全在slave进?#23567;?/p>

      需要改的redis.conf项:

      pidfile /var/run/redis/redis_6377.pid #pidfile要加上端口号

      port 6377 #这个是必须改的

      logfile /var/log/redis/redis_6377.log #logfile的名称?#24067;?#19978;端口号

      dbfilename dump_6377.rdb #rdbfile?#24067;?#19978;端口号

      2、“我们不能任由操作系统负载均衡,因为我们自己更了解自己的程序,所以,我们可以手动地为其分配CPU核,而不会过多地占用CPU,或是让我们关键进程和一堆别的进程挤在一起。”

      CPU 是一个重要的影响因素,由于是单线程模型,Redis 更?#19981;?#22823;缓存快速 CPU, 而不是多核。

      在多核 CPU 服务器上面,Redis 的性能还?#35272;礜UMA 配置和处理器绑定位置。最明显的影响是 redis-benchmark 会随机使用CPU内核。为了获得精准的结果,需要使用固定处理器工具(在 Linux 上可以使用 taskset)。最有效的办法是将客户端和服务端分离到两个不同的 CPU 来高校使用三级缓存。

      六.扩展

      以下也是你应该知道的几种模型,祝你的面试一臂之力!

      1、单进程多线程模型:MySQL、Memcached、Oracle(Windows版本);

      2、多进程模型:Oracle(Linux版本);

      3、Nginx有两类进程,一类称为Master进程(相当于管理进程),另一类称为Worker进程(实际工作进程)。启动方式有两种:

      (1)单进程启动:此时系统中仅有一个进程,该进程既充当Master进程的角色,也充当Worker进程的角色。

      (2)多进程启动:此时系统有且仅有一个Master进程,至少有一个Worker进程工作。

      (3)Master进程主要进行一些全?#20013;?#30340;初始化工作和管理Worker的工作;?#24405;?#22788;理是在Worker中进行的。

      作者:程序猿的内心独白

      来源:今日头条

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    微信群:?#26377;?#32534;微信 849023636 邀请您加入,验证消息:10000
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