Redis基本介绍

本文深入解析Redis如何通过单线程架构和IO多路复用技术实现高性能内存数据库,探讨其内部机制,包括纯内存访问、非阻塞I/O及事件处理模型,以及select、poll和epoll等IO多路复用实现方式的优劣。

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一. Redis架构

Redis 使用单线程架构和 IO多路复用模型来实现高性能的内存数据库。

单线程为什么这么快?

第一,纯内存访问,内存响应时长的单位是纳秒。
第二,非阻塞I/O, Redis使用epoll作为I/O 多路复用技术实现,Redis自身的事件处理模型将epoll中的连接、读写、关闭都转换为事件,不在网络I/O中浪费事件。
第三,单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗。

IO多路复用

IO多路复用实现有如下:

1. select
将文件描述符(fd)放入一个集合中(fd_set,实际上是一个long类型的数组),当调用select时,将fd_set从用户空间拷贝到内核空间,由内核根据IO状态修改fd_set的内容,由此来判断哪个fd对应的socket可读。它的好处时可以在同一线程内同时处理多个IO请求。

select具有以下缺点:

需要维护一个存放大量fd的数据结构,每次将fd_set从用户空间复制到内核空间,开销大。
维持的fd数量有限,一般32位机器默认是1024, 64位机器默认是2048(在linux内核头文件中, 有定义: #define FD_SETSIZE 1024),这是操作系统防止该操作造成系统性能受到太大影响。
对fd采用轮询扫描, 效率低
采用水平触发, 如果报告了fd后, 没有被处理, 那么下次处理时还会通知进程。

2.poll
本质上与select没有差别,仅在fd存储方式有所不同,采用链表的方式存储(pollfd),达到可以维持任意数量的fd。但是select存在的其他缺点,它同样存在。

3. epoll(event poll)
是select和poll的增强版,维持任意数量的fd,epoll是基于系统内核的反射机制,在有活跃的fd时,系统会调用提前设置的回调函数。

单线程如何理解?

结论: 单线程只是针对redis中的模块来说。
比如 接受请求和响应是单线程,处理事件也是单线程 。但是线程不是同一个。同时Redis RDB快照或者AOF时候会fork一个子进程,很显然Redis整体不是一个单独的线程。

### Redis基本原理 Redis 是一种基于内存的键值存储系统,它被广泛应用于缓存、消息队列以及实时数据分析等领域。以下是关于 Redis 基本原理的具体介绍: #### 1. 数据模型 Redis 支持多种数据结构,包括字符串(Strings)、哈希(Hashes)、列表(Lists)、集合(Sets) 和有序集合(Sorted Sets)[^3]。这些丰富的数据类型使得 Redis 不仅可以作为简单的键值存储使用,还可以处理更复杂的场景。 #### 2. 内存操作与高效性能 由于所有的数据都保存在内存中,因此 Redis 能够提供极高的读写速度。这种设计使其非常适合于需要快速响应的应用程序环境[^3]。 #### 3. 持久化机制 尽管 Redis 主要是内存数据库,但它提供了两种主要的持久化方式来防止数据丢失: - **RDB (Redis Database Backup)**:定期将内存中的数据集快照保存到硬盘上。 - **AOF (Append Only File)**:记录每次服务器执行的写入操作,并在重启时重新执行这些指令以恢复原始状态[^1]。 #### 4. 复制功能 Redis 实现了主从复制的功能,允许一个或多个 Redis 服务器成为另一个 Redis Master 的副本。这有助于提升系统的可扩展性和可靠性[^2]。 #### 5. Lua 脚本支持 为了增强灵活性和功能性,Redis 还引入了对 Lua 编程语言的支持,使开发者可以通过编写脚本来实现复杂逻辑而不必依赖客户端多次调用 API[^2]。 ```lua -- 示例:使用 Lua 脚本批量删除匹配模式的 key local keys = redis.call('KEYS', 'pattern*') for i=1,#keys do redis.call('DEL', keys[i]) end return #keys .. " keys deleted." ``` #### 6. 发布/订阅模式 除了传统的键值操作外,Redis 提供了一种发布/订阅的消息通信范式,允许多个客户端监听特定频道上的消息更新[^3]。 --- ### 总结 综上所述,Redis 结合了高效的内存访问特性、灵活的数据结构选项以及强大的附加功能(如持久化、复制等),构成了其核心竞争力所在。无论是构建高速缓存层还是搭建分布式应用架构,Redis 都展现出了卓越的表现力。
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