Redis IO多路複用技術

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Redis採用的是基於內存的採用的是單進程單線程模型的KV數據庫,由C語言編寫。官方提供的數據是可以達到100000+的qps。這個數據不比採用單進程多線程的同樣基於內存的KV數據庫Memcached差。

Redis快的主要原因是:

  1. 完全基於內存
  2. 數據結構簡單,對數據操作也簡單
  3. 使用多路 I/O 複用模型

第一、二點不細講,主要圍繞第三點採用多路 I/O 複用技術來展開。

多路 I/O 複用模型是利用select、poll、epoll可以同時監察多個流的 I/O 事件的能力,在空閒的時候,會把當前線程阻塞掉,當有一個或多個流有I/O事件時,就從阻塞態中喚醒,於是程序就會輪詢一遍所有的流(epoll是隻輪詢那些真正發出了事件的流),並且只依次順序的處理就緒的流,這種做法就避免了大量的無用操作。這裏“多路”指的是多個網絡連接,“複用”指的是複用同一個線程。採用多路 I/O 複用技術可以讓單個線程高效的處理多個連接請求(儘量減少網絡IO的時間消耗),且Redis在內存中操作數據的速度非常快(內存內的操作不會成爲這裏的性能瓶頸),主要以上兩點造就了Redis具有很高的吞吐量。

多路 I/O 複用模型

和Memcached不同,Redis並沒有直接使用Libevent,而是自己完成了一個非常輕量級的對select、epoll、evport、kqueue這些通用的接口的實現。在不同的系統調用選用適合的接口,linux下默認是epoll。因爲Libevent比較重更通用代碼量也就很龐大,擁有很多Redis用不上的功能,Redis爲了追求“輕巧”並且去除依賴,就選擇自己去封裝了一套。

單進程單線程好處

  1. 代碼更清晰,處理邏輯更簡單
  2. 不用去考慮各種鎖的問題,不存在加鎖釋放鎖操作,沒有因爲可能出現死鎖而導致的性能消耗
  3. 不存在多進程或者多線程導致的切換而消耗CPU

單進程單線程弊端

  1. 無法發揮多核CPU性能,不過可以通過在單機開多個Redis實例來完善;

其他一些優秀的開源軟件採用的模型

  • 多進程單線程模型:Nginx
  • 單進程多線程模型:Memcached

 

 

☁   Redis爲什麼會快?

✎  完全基於內存

      Redis是純內存數據庫,相對於讀寫磁盤,讀寫內存的速度就不是幾倍幾十倍了,一般,hash查找可以達到每秒百萬次的數量級。

✎  多路複用IO

      “多路”指的是多個網絡連接,“複用”指的是複用同一個線程。採用多路 I/O 複用技術可以讓單個線程高效的處理多個連接請求(儘量減少網絡IO的時間消耗)。可以直接理解爲:單線程的原子操作,避免上下文切換的時間和性能消耗;加上對內存中數據的處理速度,很自然的提高redis的吞吐量

Redis的高併發和快速原因很多,總結一下幾點:

        1. Redis是純內存數據庫,一般都是簡單的存取操作,線程佔用的時間很多,時間的花費主要集中在IO上,所以讀取速度快。

        2. 再說一下IO,Redis使用的是非阻塞IO,IO多路複用,使用了單線程來輪詢描述符,將數據庫的開、關、讀、寫都轉換成了事件,減少了線程切換時上下文的切換和競爭。

        3. Redis採用了單線程的模型,保證了每個操作的原子性,也減少了線程的上下文切換和競爭。

        4. 另外,數據結構也幫了不少忙,Redis全程使用hash結構,讀取速度快,還有一些特殊的數據結構,對數據存儲進行了優化,如壓縮表,對短數據進行壓縮存儲,再如,跳錶,使用有序的數據結構加快讀取的速度。

        5. 還有一點,Redis採用自己實現的事件分離器,效率比較高,內部採用非阻塞的執行方式,吞吐能力比較大。

     最後,附兩張圖,讓大家更加深刻的理解Redis的架構和內存模型:

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