Redis原理（持久化，单线程）

Redis原理

Redis的持久化机制

Redis提供两种主要的持久化方式：RDB（Redis DataBase snapshot）和AOF（Append Only File）

RDB文件（全量）

• RDB 是 Redis 的快照存储机制，即将某一时刻的数据以二进制格式保存到磁盘中。

• 工作原理：Redis 定期通过 fork 创建子进程，子进程将内存中的数据写入 RDB 文件。 主进程不会被阻塞，写入过程对客户端透明

• 触发方式：

  • 手动触发：使用 SAVE 或 BGSAVE 命令。
  • 自动触发：根据 redis.conf 配置 save 参数设定条件，比如 “某段时间内有多少次写操作”。

• **优点：**Redis 直接加载 RDB文件，恢复到快照生成时的状态，这一步加载速度非常快，因为 RDB 是紧凑的二进制格式，内存映射效率高。

• 缺点：

  • 数据可能丢失，最后一次快照后到服务器崩溃之间的数据无法恢复。

  • 大数据量场景下，fork 可能带来较大内存消耗。

AOF文件（增量）

• AOF 是 Redis 的日志记录机制，通过记录每个写操作来实现持久化。

• 工作原理：

  • 每次写命令（如 SET、HSET）都会被追加到 AOF 文件。
  • AOF 文件会定期重写（rewrite），去除冗余命令以压缩文件大小。

• 触发方式：

  • 自动触发：基于配置的 appendfsync参数决定写入磁盘的频率。
    • always：每次写操作都同步到磁盘，最安全但性能较差。
    • everysec：每秒同步一次，性能和安全性平衡。
    • no：由操作系统自行决定同步时间，性能最佳但可能丢失数据。

• 缺点：

  • 文件体积大，比 RDB 更占磁盘空间。
  • 恢复速度慢，需要逐条重放命令。

混合使用

• Redis 从 4.0 开始支持 RDB 和 AOF 混合持久化，结合两者优点，在重启时先加载 RDB 再重放 AOF 日志，既提高恢复速度又保证数据完整性。

**AOF 文件结构：**混合持久化生成的 AOF 文件可以分为两部分

• RDB 部分： 前面的数据以 RDB 格式存储，表示当时内存状态的快照。

  • RDB 提供初始快照数据，确保加载速度。

• AOF 命令部分： 从快照生成后，记录的所有增量写操作命令。

  • AOF 增量日志确保数据完整性。

• 这两部分共同组成一个文件，确保在恢复时，不会因重复加载数据而出错，同时Redis 的数据恢复速度和可靠性得到了显著提升。

独立的 RDB 文件：

• 即使启用了混合持久化模式，如果 Redis 配置文件中仍然开启了 RDB 自动生成（save 参数配置），Redis 仍会按照配置的触发条件生成独立的 RDB 文件。
• 这些 RDB 文件与混合持久化文件分开存储，通常用于额外的快照备份。

AOF中的RDB文件与独立的RDB文件

• 混合持久化文件中的 RDB 数据主要用于辅助恢复时的快速加载。
• 独立的 RDB 文件是周期性快照存储，通常用于备份。

单线程

Redis 是一个 单线程 的高性能键值数据库。它通过使用单线程模型来处理所有的命令和操作，这意味着 所有客户端请求（命令）都通过一个线程来处理。单线程模型是 Redis 性能和响应速度的核心之

为什么要单线程?

• 减少上下文切换的开销： 在多线程程序中，操作系统需要频繁地切换不同线程的执行上下文。每次切换都会有额外的开销，特别是在高并发的情况下。而在 Redis 中，使用单线程就避免了这种上下文切换，程序的执行流非常简单且高效。
• 简化并发控制： 单线程避免了多线程编程中常见的同步和并发控制问题，例如锁竞争、死锁等。Redis 不需要额外的锁机制来保护数据的完整性，因为所有的操作都是按顺序执行的。
• 更高的缓存命中率： Redis 操作通常是基于内存的，单线程能够快速地访问内存，缓存命中率也因此提高。内存访问是现代计算机系统中最快的操作，单线程的操作能够保持其高效性。

Redis 单线程为何能处理高并发？

• 事件驱动： Redis 使用事件驱动模型来处理请求。它通过 I/O 多路复用机制，如 select()、epoll()、kqueue() 等，能够同时处理多个客户端请求。在这种模型下，Redis 能够快速地在一个线程内轮流处理多个客户端的 I/O 操作，而无需为每个连接创建独立的线程。
• 操作是原子的： Redis 命令在执行过程中是原子的，这意味着每个命令的执行都不会被其他命令中断。即使 Redis 是单线程的，每个操作依然能保证执行的一致性和完整性，不会受到其他命令的干扰。

为什么 Redis 仍然很快？

• 高效的内存操作：Redis 使用内存存储数据，内存的读写速度非常快，极大地提升了性能。
• 简单命令：Redis 的命令通常非常简单且执行时间短，因此即使是单线程，它依然能够在短时间内响应大量请求。
• 无锁设计：由于 Redis 的操作是单线程的，数据访问不需要加锁，因此避免了多线程程序中的竞争问题和同步开销。
• 无上下文切换：在 Redis 中，使用单线程就避免了上下文切换，程序的执行流非常简单且高效。