Redis简介

本文深入探讨了缓存层在提升系统性能中的作用,详细解释了穿透、回种和熔断的概念。比较了Memcache与Redis的特点,阐述了Redis高速响应的原因,包括内存操作、单线程模型、数据结构简单、多路IO复用模型等。

 一般为了提升性能,会在存储层和客户端之间添加一个缓存层,当客户端向后端发送请求的时候,会先去缓存层查,看看是否有相应的数据,如果有则直接返回,这样就减轻存储层的压力,如果缓存层没有相关数据,才会去到存储层去查询,这就是我们行业里所说的穿透。如果存储层有数据则会将数据返回给缓存层,以便客户端下次请求同样的数据时,可以直接从缓存层取数据,回写的过程就是回种,回种之后将结果返回给客户端,完成一次请求响应的操作。熔断:当发现存储层挂掉,可以让客户端的请求直接打在缓存层上,不管有没有获取到数据直接返回,因此缓存很重要。

缓存中间件:memchache和Redis的却别

Memchache:代码层次类似hash

  • 支持简单的数据类型
  • 不支持数据持久化存储
  • 不支持主从
  • 不支持分片

Redis:

  • 数据类型丰富
  • 支持数据磁盘化存储
  • 支持主从
  • 支持分片(redis3.0)

为什么redis的速度这么快

QPS:每秒的响应时间

  • 完全基于内存,绝大多数的请求是纯粹的内存操作,执行效率高

Redis是支持单进程单线程模型的KV数据库,将数据存储在内存里面,读写数据不会受Io限制

  • 数据结构简单,对数据操作也简单

Redis不使用表,他 当数据库不会预定义或者强制去要求用户对Redis存储的不同数据进行关联,因此性能相比关系型数据库 要高出不止一个量级,其存储结构类似于键值对HashMap

  • 采用单线程单线程也能处理高并发请求,想多核也可启动多实例

Redis的单线程结构是指其主线程是单线程的,这里主线程包括IO时间的处理,以及io对象的相关业务请求处理,此外主线程还负责过期键的处理,机器协调等等。对于客户端的所有读写请求,都由一个主线程串行的处理,因此多个客户端对一个键进行读写操作的时候,就不会有并发的问题,避免了频繁的上下文切换和锁竞争,所以Redis执行起来效率更高

  • 使用多路IO复用模型,给堵塞IO

redis是单线程,所有的操作按照顺序执行,由于读写操作等待用户输入或者输出都是阻塞的,所以IO操作在一般情况下往往不能直接返回,这会导致某一文件IO阻塞,进而导致整个进程无法对客户端进行服务,而IO多路复用就是解决这个问题

多路IO复用模型

FD:File Descriptor,文件描述

 selector负责监听文件是否可读可写的,监听的任务交给selector之后,程序就可以继续去做其他事情,而不被阻塞

redis采用的多路复用函数:epoll/kqueue/ecport/select  具体采用哪一个?

  • 因地制宜

redis可以在多个平台上运行,为了最大化提高执行效率,会根据平台的不同选用不同的多路复用函数

 

 

### Redis 的基本概念 Redis(REmote DIctionary Server)是一个使用 C 语言开发的开源高性能键值对(key-value)数据库[^3]。它以内存为主要存储介质,因此具备极高的读写性能,每秒可以处理超过 10 万次读写操作[^2]。Redis 的数据模型简单且丰富,支持多种数据结构,并提供了丰富的功能来满足不同的应用场景。 --- ### Redis 的基本功能 #### 1. **键值对存储** Redis 是一个基于键值对的 NoSQL 数据库,其核心功能是通过键(key)快速访问对应的值(value)。许多键值对数据库不同的是,Redis 的值可以由多种数据结构组成,包括字符串(string)、哈希(hash)、列表(list)、集合(set)、有序集合(sorted set)、位图(bitmaps)、HyperLogLog 等[^1]。 #### 2. **高性能读写** 由于 Redis 将所有数据存储在内存中,它的读写速度非常快,官方测试数据显示,50 个并发执行 100000 个请求时,读的速度可达 110000 次/秒,写的速度可达 81000 次/秒[^3]。 #### 3. **持久化支持** 尽管 Redis 的数据主要存储在内存中,但它也支持将内存中的数据保存到硬盘上,以防止因断电或机器故障导致的数据丢失。Redis 提供了两种持久化方式: - **RDB(Redis Database Backup)**:通过快照的方式定期将内存中的数据保存到磁盘。 - **AOF(Append Only File)**:记录服务器执行的所有写操作命令,通过重放这些命令实现数据恢复[^1]。 #### 4. **事务支持** Redis 支持事务功能,允许将多个命令打包成一个单元执行。事务中的命令要么全部执行成功,要么全部不执行。如果需要取消事务,可以使用 `DISCARD` 命令放弃执行[^4]。 #### 5. **发布订阅功能** Redis 提供了发布/订阅(Pub/Sub)消息模式,允许客户端订阅一个或多个频道,并接收其他客户端发布的消息。这一功能常用于异步任务处理,例如邮件发送、后台任务调度等[^4]。 #### 6. **分布式锁** Redis 可以通过 `SETNX` 命令实现分布式锁的功能,确保同一时间只有一个实例能够访问被竞争的资源。此外,也有成熟的第三方工具(如 Redission)基于 Redis 提供更完善的分布式锁解决方案。 #### 7. **Lua 脚本支持** Redis 支持使用 Lua 脚本执行复杂的逻辑操作。脚本在服务器端运行,可以减少多次往返通信的开销,提高效率。 #### 8. **过期机制** Redis 支持为键设置过期时间,当键过期后会自动删除。这一特性常用于缓存场景,例如热点数据加速查询、验证码控制、投票控制等[^4]。 #### 9. **集群和主从复制** Redis 支持主从复制和集群模式,可以实现高可用性和水平扩展。主从复制用于数据备份和读写分离,而集群模式则允许多个 Redis 实例协同工作,分担压力[^3]。 --- ### 示例代码 以下是一个简单的 Redis 使用示例,展示如何存储和获取字符串类型的键值对: ```python import redis # 连接到 Redis 服务器 r = redis.StrictRedis(host='localhost', port=6379, decode_responses=True) # 设置键值对 r.set('name', 'Alice') # 获取键值 print(r.get('name')) # 输出: Alice ``` --- ###
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