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Redis是单线程的,但Redis为什么这么快?

来历:程序猿的内心独白 发布时间:2018-12-15 阅览次数:

  近乎一切与Java相关的面试都会问到缓存的问题,根底一点的会问到什么是“二八规律”、什么是“热数据和冷数据”,杂乱一点的会问到缓存雪崩、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,都与咱们的缓存服务器相关,一般常用的缓存服务器有Redis、Memcached等,而笔者现在最常用的也只要Redis这一种。

  假如你在曾经面试的时分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分,你应该觉得是一件很走运的作业!假如你刚好是一位高逼格的面试官,你也能够拿这道题去面试对面“望眼欲穿”般的小伙伴,测验一下他的把握程度。

  好啦!步入正题!咱们先讨论一下Redis是什么,Redis为什么这么快、然后在讨论一下为什么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体系,它能够用作:数据库、缓存和音讯中间件。

  它支撑多种类型的数据结构,如字符串(String),散列(Hash),列表(List),调集(Set),有序调集(Sorted Set或许是ZSet)与规模查询,Bitmaps,Hyperloglogs 和地舆空间(Geospatial)索引半径查询。其间常见的数据结构类型有:String、List、Set、Hash、ZSet这5种。

  Redis 内置了仿制(Replication),LUA脚本(Lua scripting), LRU驱动事情(LRU eviction),业务(Transactions) 和不同等级的磁盘耐久化(Persistence),并经过 Redis岗兵(Sentinel)和主动分区(Cluster)供给高可用性(High Availability)。

  Redis也供给了耐久化的选项,这些选项能够让用户将自己的数据保存到磁盘上面进行存储。依据实际情况,能够每隔必定时间将数据集导出到磁盘(快照),或许追加到指令日志中(AOF只追加文件),他会在履行写指令时,将被履行的写指令仿制到硬盘里边。您也能够封闭耐久化功用,将Redis作为一个高效的网络的缓存数据功用运用。

  Redis不运用表,他的数据库不会预界说或许强制去要求用户对Redis存储的不同数据进行相关。

  数据库的作业办法按存储办法可分为:硬盘数据库和内存数据库。Redis 将数据贮存在内存里边,读写数据的时分都不会遭到硬盘 I/O 速度的约束,所以速度极快。

  (1)硬盘数据库的作业办法:

  (2)内存数据库的作业办法:

  看完上述的描绘,关于一些常见的Redis相关的面试题,是否有所认识了,例如:什么是Redis、Redis常见的数据结构类型有哪些、Redis是怎么进行耐久化的等。

  二.Redis到底有多快?

  Redis选用的是根据内存的选用的是单进程单线程模型的 KV 数据库,由C言语编写,官方供给的数据是能够到达100000+的QPS(每秒内查询次数)。

  这个数据不比选用单进程多线程的相同根据内存的 KV 数据库 Memcached 差!

  横轴是衔接数,纵轴是QPS。此刻,这张图反映了一个数量级,期望咱们在面试的时分能够正确的描绘出来,不要问你的时分,你答复的数量级相差甚远!

  三.Redis为什么这么快?

  1、彻底根据内存,绝大部分恳求是朴实的内存操作,十分快速。数据存在内存中,类似于HashMap,HashMap的优势便是查找和操作的时间杂乱度都是O(1);

  2、数据结构简略,对数据操作也简略,Redis中的数据结构是专门进行规划的;

  3、选用单线程,防止了不必要的上下文切换和竞赛条件,也不存在多进程或许多线程导致的切换而耗费 CPU,不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁开释锁操作,没有由于或许呈现死锁而导致的功能耗费;

  4、运用多路I/O复用模型,非堵塞IO;

  5、运用底层模型不同,它们之间底层完成办法以及与客户端之间通讯的运用协议不一样,Redis直接自己构建了VM 机制 ,由于一般的体系调用体系函数的话,会糟蹋必定的时间去移动和恳求;

  以上几点都比较好了解,下边咱们针对多路 I/O 复用模型进行简略的讨论:

  (1)多路 I/O 复用模型

  多路I/O复用模型是运用 select、poll、epoll 能够一同督查多个流的 I/O 事情的才能,在闲暇的时分,会把当时线程堵塞掉,当有一个或多个流有 I/O 事情时,就从堵塞态中唤醒,所以程序就会轮询一遍一切的流(epoll 是只轮询那些真实宣布了事情的流),而且只顺次次序的处理安排妥当的流,这种做法就防止了许多的无用操作。

  这儿“多路”指的是多个网络衔接,“复用”指的是复用同一个线程。

  选用多路 I/O 复用技能能够让单个线程高效的处理多个衔接恳求(尽量削减网络 IO 的时间耗费),且 Redis 在内存中操作数据的速度十分快,也便是说内存内的操作不会成为影响Redis功能的瓶颈,首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?

  咱们首先要理解,上边的种种剖析,都是为了营建一个Redis很快的气氛!官方FAQ表明,由于Redis是根据内存的操作,CPU不是Redis的瓶颈,Redis的瓶颈最有或许是机器内存的巨细或许网络带宽。已然单线程简略完成,而且CPU不会成为瓶颈,那就水到渠成地选用单线程的计划了(究竟选用多线程会有许多费事!)。

  看到这儿,你或许会气哭!本以为会有什么严重的技能要害才使得Redis运用单线程就能够这么快,没想到便是一句官方看似欺骗咱们的答复!可是,咱们现已能够很清楚的解说了为什么Redis这么快,而且正是由于在单线程办法的情况下现已很快了,就没有必要在运用多线程了!

  可是,咱们运用单线程的办法是无法发挥多核CPU 功能,不过咱们能够经过在单机开多个Redis 实例来完善!

  正告1:这儿咱们一直在着重的单线程,只是在处理咱们的网络恳求的时分只要一个线程来处理,一个正式的Redis Server运转的时分肯定是不止一个线程的,这儿需求咱们清晰的留意一下!例如Redis进行耐久化的时分会以子进程或许子线程的办法履行(详细是子线程仍是子进程待读者深入研究);例如我在测验服务器上查看Redis进程,然后找到该进程下的线程:

  ps指令的“-T”参数表显着现线程(Show threads, possibly with SPID column.)“SID”栏表明线程ID,而“CMD”栏则显现了线程称号。

  正告2:在上图中FAQ中的最终一段,表述了从Redis 4.0版别开端会支撑多线程的办法,可是,只是在某一些操作上进行多线程的操作!所以该篇文章在今后的版别中是否仍是单线程的办法需求读者考证!

  五.留意点

  1、咱们知道Redis是用”单线程-多路复用IO模型”来完成高功能的内存数据服务的,这种机制防止了运用锁,可是一同这种机制在进行sunion之类的比较耗时的指令时会使redis的并发下降。

  由所以单一线程,所以同一时间只要一个操作在进行,所以,耗时的指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中心,所以能够在同一个多核的服务器中,能够发动多个实例,组成master-master或许master-slave的办法,耗时的读指令能够彻底在slave进行。

  需求改的redis.conf项:

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

  port 6377 #这个是有必要改的

  logfile /var/log/redis/redis_6377.log #logfile的称号也加上端口号

  dbfilename dump_6377.rdb #rdbfile也加上端口号

  2、“咱们不能任由操作体系负载均衡,由于咱们自己更了解自己的程序,所以,咱们能够手动地为其分配CPU核,而不会过多地占用CPU,或是让咱们要害进程和一堆其他进程挤在一同。”

  CPU 是一个重要的影响要素,由所以单线程模型,Redis 更喜爱大缓存快速 CPU, 而不是多核。

  在多核 CPU 服务器上面,Redis 的功能还依靠NUMA 装备和处理器绑定方位。最显着的影响是 redis-benchmark 会随机运用CPU内核。为了取得精准的成果,需求运用固定处理器东西(在 Linux 上能够运用 taskset)。最有用的办法是将客户端和服务端别离到两个不同的 CPU 来高校运用三级缓存。

  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版别);

  2、多进程模型:Oracle(Linux版别);

  3、Nginx有两类进程,一类称为Master进程(相当于办理进程),另一类称为Worker进程(实际作业进程)。发动办法有两种:

  (1)单进程发动:此刻体系中仅有一个进程,该进程既充任Master进程的人物,也充任Worker进程的人物。

  (2)多进程发动:此刻体系有且仅有一个Master进程,至少有一个Worker进程作业。

  (3)Master进程首要进行一些全局性的初始化作业和办理Worker的作业;事情处理是在Worker中进行的。

  作者:程序猿的内心独白

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