緩存在高并發(fā)的場(chǎng)景的作用不言而喻，號(hào)稱高并發(fā)架構(gòu)的基石，其中最為典型代表非Redis莫屬。
無論你是想面試通關(guān)，還是實(shí)戰(zhàn)中用好Redis,理解Redis的設(shè)計(jì)精髓，就變得很重要。
今天主要分享Redis關(guān)于單線程以及高并發(fā)場(chǎng)景的核心設(shè)計(jì)。
01 Redis高并發(fā)場(chǎng)景快的原因？
1.redis是基于內(nèi)存的，內(nèi)存的讀寫速度非?？?；
2.redis是單線程的，省去了很多上下文切換線程的時(shí)間；
3.redis使用多路復(fù)用技術(shù)，可以處理并發(fā)的連接。非阻塞IO 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)采用epoll，采用了epoll+自己實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單的事件框架。epoll中的讀、寫、關(guān)閉、連接都轉(zhuǎn)化成了事件，然后利用epoll的多路復(fù)用特性，絕不在io上浪費(fèi)一點(diǎn)時(shí)間。
下面重點(diǎn)介紹單線程設(shè)計(jì)和IO多路復(fù)用核心設(shè)計(jì)快的原因。
02 為什么Redis是單線程？
1.官方答案
因?yàn)镽edis是基于內(nèi)存的操作，CPU不是Redis的瓶頸，Redis的瓶頸最有可能是機(jī)器內(nèi)存的大小或者網(wǎng)絡(luò)帶寬。既然單線程容易實(shí)現(xiàn)，而且CPU不會(huì)成為瓶頸，那就順理成章地采用單線程的方案了。
2.性能指標(biāo)
關(guān)于Redis的性能，官方網(wǎng)站也有，普通筆記本輕松處理每秒幾十萬的請(qǐng)求。
3.詳細(xì)原因
1）不需要各種鎖的性能消耗
Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不全是簡(jiǎn)單的Key-Value，還有l(wèi)ist，hash等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)有可能會(huì)進(jìn)行很細(xì)粒度的操作，比如在很長(zhǎng)的列表后面添加一個(gè)元素，在hash當(dāng)中添加或者刪除一個(gè)對(duì)象。這些操作可能就需要加非常多的鎖，導(dǎo)致的結(jié)果是同步開銷大大增加。
總之，在單線程的情況下，就不用去考慮各種鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖操作，沒有因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)死鎖而導(dǎo)致的性能消耗。
2）單線程多進(jìn)程集群方案
單線程的威力實(shí)際上非常強(qiáng)大，每核心效率也非常高，多線程自然是可以比單線程有更高的性能上限，但是在今天的計(jì)算環(huán)境中，即使是單機(jī)多線程的上限也往往不能滿足需要了，需要進(jìn)一步摸索的是多服務(wù)器集群化的方案，這些方案中多線程的技術(shù)照樣是用不上的。
所以單線程、多進(jìn)程的集群不失為一個(gè)時(shí)髦的解決方案。
3）CPU消耗
采用單線程，避免了不必要的上下文切換和競(jìng)爭(zhēng)條件，也不存在多進(jìn)程或者多線程導(dǎo)致的切換而消耗 CPU。
但是如果CPU成為Redis瓶頸，或者不想讓服務(wù)器其他CUP核閑置，那怎么辦？
可以考慮多起幾個(gè)Redis進(jìn)程，Redis是key-value數(shù)據(jù)庫，不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)之間沒有約束。只要客戶端分清哪些key放在哪個(gè)Redis進(jìn)程上就可以了。
03 Redis單線程的優(yōu)劣勢(shì)
單進(jìn)程單線程優(yōu)勢(shì)
- 代碼更清晰，處理邏輯更簡(jiǎn)單
- 不用去考慮各種鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖操作，沒有因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)死鎖而導(dǎo)致的性能消耗
- 不存在多進(jìn)程或者多線程導(dǎo)致的切換而消耗CPU
單進(jìn)程單線程弊端
- 無法發(fā)揮多核CPU性能，不過可以通過在單機(jī)開多個(gè)Redis實(shí)例來完善；
04 IO多路復(fù)用技術(shù)
Redis 采用網(wǎng)絡(luò)IO多路復(fù)用技術(shù)來保證在多連接的時(shí)候， 系統(tǒng)的高吞吐量。
多路-指的是多個(gè)socket連接，復(fù)用-指的是復(fù)用一個(gè)線程。
多路復(fù)用主要有三種技術(shù)：select，poll，epoll，epoll是最新的也是目前最好的多路復(fù)用技術(shù)。
這里“多路”指的是多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，“復(fù)用”指的是復(fù)用同一個(gè)線程。
采用多路 I/O 復(fù)用技術(shù)可以讓單個(gè)線程高效的處理多個(gè)連接請(qǐng)求（盡量減少網(wǎng)絡(luò)IO的時(shí)間消耗），且Redis在內(nèi)存中操作數(shù)據(jù)的速度非?？欤▋?nèi)存內(nèi)的操作不會(huì)成為這里的性能瓶頸），主要以上兩點(diǎn)造就了Redis具有很高的吞吐量。
05 Redis高并發(fā)快總結(jié)
1. Redis是純內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，一般都是簡(jiǎn)單的存取操作，線程占用的時(shí)間很多，時(shí)間的花費(fèi)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多路復(fù)用，使用了單線程來輪詢描述符，將數(shù)據(jù)庫的開、關(guān)、讀、寫都轉(zhuǎn)換成了事件，減少了線程切換時(shí)上下文的切換和競(jìng)爭(zhēng)。
3. Redis采用了單線程的模型，保證了每個(gè)操作的原子性，也減少了線程的上下文切換和競(jìng)爭(zhēng)。
4. 另外，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也幫了不少忙，Redis全程使用hash結(jié)構(gòu)，讀取速度快，還有一些特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行了優(yōu)化，如壓縮表，對(duì)短數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)，再如，跳表，使用有序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加快讀取的速度。
5. 還有一點(diǎn)，Redis采用自己實(shí)現(xiàn)的事件分離器，效率比較高，內(nèi)部采用非阻塞的執(zhí)行方式，吞吐能力比較大。
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