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redis單執行緒快的原因和原理

Redis之所以執行速度很快,主要依賴於以下幾個原因:

(一)純記憶體操作,避免大量訪問資料庫,減少直接讀取磁碟資料,redis 將資料儲存在記憶體裡面,讀寫資料的時候都不會受到硬碟 I/O 速度的限制,所以速度快;

(二)單執行緒操作,避免了不必要的上下文切換和競爭條件,也不存在多程序或者多執行緒導致的切換而消耗 CPU,不用去考慮各種鎖的問題,不存在加鎖釋放鎖操作,沒有因為可能出現死鎖而導致的效能消耗;

(三)採用了非阻塞I/O多路複用機制

多路複用原理:

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使用者首先將需要進行IO操作的socket新增到select中,然後阻塞等待select系統呼叫返回。當資料到達時,socket被啟用,select函式返回。使用者執行緒正式發起read請求,讀取資料並繼續執行。這樣使用者可以註冊多個socket,然後不斷地呼叫select讀取被啟用的socket,redis服務端將這些socke置於佇列中,然後,檔案事件分派器,依次去佇列中取,轉發到不同的事件處理器中,提高讀取效率。

採用多路 I/O 複用技術可以讓單個執行緒高效的處理多個連線請求(儘量減少網路 IO 的時間消耗),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,會把當前執行緒阻塞掉,當有一個或多個流有 I/O 事件時,就從阻塞態中喚醒,於是程式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,從而提高效率。

(四)靈活多樣的資料結構。

redis內部使用一個redisObject物件來表示所有的key和value。redisObject主要的資訊包括資料型別、編碼方式、資料指標、虛擬記憶體等。它包含String,Hash,List,Set,Sorted Set五種資料型別,針對不同的場景使用對應的資料型別,減少記憶體使用的同時,節省網路流量傳輸。

(五)持久化

由於redis的資料都存放在記憶體中,如果沒有配置持久化,redis重啟後資料就全丟失了,於是需要開啟redis的持久化功能,將資料儲存到磁碟上,當redis重啟後,可以從磁碟中恢復資料。redis提供兩種方式進行持久化,一種是RDB持久化(原理是將redis在記憶體中的資料庫記錄定時 dump到磁碟上的RDB持久化),另外一種是AOF(append only file)持久化(原理是將redis的操作日誌以追加的方式寫入檔案)。持久化似乎和redis的速度快並沒有直接關係,但是這保證的redis資料的安全性和可靠性,也起到資料備份的作用。

(六)總結

試想單執行緒是否就無法發揮多核CPU 效能,其實不然,我們可以通過在單機開多個redis例項來完善。單一執行緒只能用到一個CPU核心,所以可以在同一個多核的伺服器中,啟動多個例項,組成master-master或者master-slave的形式,耗時的讀命令可以完全在slave進行,充分發揮redis的作用。

單執行緒指的是網路請求模組使用了一個執行緒(所以不需考慮併發安全性),其他模組也會用到多個執行緒,使用redis的過程中充分發揮其優勢,避免一些不當操作,導致效能下降。

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