深度redis

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原创最新推荐文章于 2026-02-24 09:09:32 发布 275 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Redis技术深度解析 Redis是一款开源的高性能键值存储系统，以其内存存储、丰富的数据结构、持久化与容灾、分布式锁等核心特性，广泛应用于现代互联网架构中。文章详细解析了Redis的内存存储与高性能、多种数据类型、持久化机制、分布式锁等特性，并通过与Memcached、PostgreSQL、Elasticsearch的对比，展示了Redis在不同场景下的优势。此外，文章还探讨了Redis的实际应用场景，如缓存加速、会话存储、消息队列、限流与计数，以及其进阶特性如集群模式、Lua脚本、模块化扩展。阅读详情

1.关系型数据库

建表：必须给出schema

类型：字节宽度

存：倾向于行级存储

2.数据库表很大，性能下降怎么办

如果表有索引：

增删改查变慢；

查询速度

1.1个或者少量的查询依然很快
2.并发大的时候会受到硬盘带宽影响速度

3.memcached和redis 的不同

相同：都是key---value的形式
不同：memcached没有类型的概念，redis有类型的区分

4.为什么 Redis 中要使用 I/O 多路复用这种技术

首先，Redis 是跑在单线程中的，所有的操作都是按照顺序线性执行的，但是由于读写操作等待用户输入或输出都是阻塞的，所以 I/O 操作在一般情况下往往不能直接返回，这会导致某一文件的 I/O 阻塞导致整个进程无法对其它客户提供服务，而 I/O 多路复用就是为了解决这个问题而出现的

5. redis的io模型

1.epoll(默认主要)

2.select/poll

3.kqueue

6. epoll有诸多优点

epoll 没有最大并发连接的限制，上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于 2048,
一般来说这个数目和系统内存关系很大
，具体数目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看。
效率提升， Epoll 最大的优点就在于它
只管你“活跃”的连接
，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中， Epoll 的效率就会远远高于 select 和 poll 。
内存拷贝， Epoll 在这点上使用了“
共享内存
”，这个内存拷贝也省略了。

7.多路复用I/O（Multiplexing I/O）

select：能打开的文件描述符个数有限（最多1024个），如果有1k请求，用户进程每次要把1k个文件描述符发送给内核，内核在内部轮询后将可读描述符返回，用户进程再依次读取。因为文件描述符（fd）相关数据需要在用户态和内核态之间拷来拷去，所以性能还是比较低；
poll：可打开的文件描述符数量提高，因为用链表存储，但性能仍然不够，和select一样数据需要在用户态和内核态拷来拷去；
3. epoll（Linux下多为技术）：用户态和内核态之间不用文件描述符（fd）的拷贝，而是通过mmap技术实现开辟共享空间，所有fd用红黑树存储，有返回结果的fd放在链接中，用户进程通过链表读取返回结果，伪异步I/O，性能较高。epoll分为水平触发和边缘触发这两种模式，ET是边缘触发，LT是水平触发，一个表示只有在变化的边际触发，一个表示在某个阶段都会触发；

8.epoll给我们提供了3个api

1： int epoll_create(int size);

生成一个 epoll 专用的文件描述符，其实是申请一个内核空间，用来存放你想关注的 socket fd 上是否发生以及发生了什么事件。 size 就是你在这个 epoll fd 上能关注的最大 socket fd 数，大小自定，只要内存足够。

2： int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event );

控制某个 epoll 文件描述符上的事件：注册、修改、删除。参数说明：

epfd 是 epoll_create() 创建 epoll 专用的文件描述符。相对于 select 模型中的 FD_SET 和 FD_CLR 宏;

op就是你要把当前这个套接口fd如何设置到epfd上边去，一般由epoll提供的三个宏指定：EPOLL_CTL_ADD，EPOLL_CTL_DEL，EPOLL_CTL_MOD。

fd: 当事件发生时操作的目标套接口。

event指针就是你要给这个套接口fd绑定什么事件。

3： int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event * events,int maxevents,int timeout);

等待 I/O 事件的发生；参数说明：

epfd: 由 epoll_create() 生成的 Epoll 专用的文件描述符；

epoll_event: 用于回传代处理事件的数组；

maxevents: 返回的最大事件数；

timeout: 等待 I/O 事件发生的超时值（毫秒）；

epoll_wait返回触发的事件数。

9.epoll的LT和ET模式的区别

LT模式：epoll就是一个快速版poll，可读可写就绪条件和传统poll一致
ET模式：为了避免Starvation，建议
1）文件描述符设置为非阻塞
2）只在read或write返回EAGAIN后，才能调用下一次epoll_wait
3）应用层维护一个就绪链表，进行轮询，可以防止大量IO时在一个描述符上长期read或write（因为只有等到read
或 write返回EAGAIN后才表示该描述符处理完毕）而令其它描述符starve

  理解ET的含义后，上面那些操作其实都是显然的。以wirte为例说明，LT时只要有一定范围的空闲写缓存区，每次epoll_wait都是可写条件就 绪，但是ET时从第一次可写就绪后，epoll_wait不再得到该描述符可写就绪通知直到程序使描述符变为非可写就绪（比如write收到 EAGAIN）后，epoll_wait才可能继续收到可写就绪通知（比如有空闲可写缓存）
  其实ET相对于LT来说，把文件描述符状态跟踪的部分责任由内核空间推到用户空间，内核只关心状态切换即从未就绪到就绪切换时才通知用户，至于保持就绪 状态的，内核不再通知用户，这样在实现非阻塞模型时更方便，不需要每次操作都先查看文件描述符状态。上述多数内容取自man epoll

10.redis 持久化 RDB

RDB使用的是：fork(系统调用)和copy on write(内核机制)

RDB会要是用fork()创建一个子进程，子进程记录的是创建时间节点的数据。

copy on write: 写时复制

在fork子进程的时候，只拷贝指针，并不发生内存的复制。
只有当其中的某一个进程试图对该区域进行写操作时，内核就会在物理存储器中为子进程开辟一个新的物理页面,将需要写的区域将父进程的内容复制一份给子进程，然后对新的物理页面进行写操作。
这时就是实现了对不同进程的操作而不会产生影响其他的进程，同时也节省了很多的物理存储器。
并且根据经验来看，不可能父子进程将所有数据都改一遍。下图redis也用了这个机制，而且redis的子进程不会去修改数据：

11.快照(RDB)保存过程：

redis调用fork,现在有了子进程和父进程。
父进程继续处理client请求，子进程负责将内存内容写入到临时文件。由于os的写时复制机制（copy on write)父子进程会共享相同的物理页面，当父进程处理写请求时os会为父进程要修改的页面创建副本，而不是写共享的页面。所以子进程的地址空间内的数据是fork时刻整个数据库的一个快照。
当子进程将快照写入临时文件完毕后，用临时文件替换原来的快照文件，然后子进程退出（fork一个进程入内在也被复制了，即内存会是原来的两倍）。

12.redis RDB持久化中save和bgsave区别


SAVE 直接调用 rdbSave ，阻塞 Redis 主进程，直到保存完成为止。在主进程阻塞期间，服务器不能处理客户端的任何请求。 比较适合关机维护

BGSAVE 则 fork 出一个子进程，子进程负责调用 rdbSave ，并在保存完成之后向主进程发送信号，通知保存已完成。 Redis 服务器在BGSAVE 执行期间仍然可以继续处理客户端的请求。

Save是阻塞方式的；bgsave是非阻塞方式的。

13.AOF持久化

4.0以前
1.如果开启了AOF只会用AOF恢复
2.重写操作删除抵消的命令合并重复的命令，最终也是一个纯指令的日志文件

4.以后
1.AOF中包含RDB全量，增加记录新的写操作
2.重写操作将老的数据RDB添加到aof文件中，将增量的指令的方式Append到AOF，AOF是一个混合体利用了RDB的快利用了日志的全量。也就是说包括了RDB也包括了AOF。

14.Redis过期键的删除策略

1. 定时删除：在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器(timer)，让定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除操作；
2. 惰性删除：放任键过期不管，但是每次从键空间中获取键时，都检查取得的键是否过期，如果过期的话，就删除该键；如果没有过期，那就返回该键；
3. 定期删除：每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查，删除里面的过期键。至于删除多少过期键，以及要检查多少个数据库，则由算法决定。

15.redis的底层数据结构

1.String的底层实现：
// 用于记录buf数组中使用的字节的数目
  // 和SDS存储的字符串的长度相等  
	int len;    
  // 用于记录buf数组中没有使用的字节的数目   
	int free;    
  // 字节数组，用于储存字符串
	char buf[];   //buf的大小等于len+free+1，其中多余的1个字节是用来存储’\0’的。  

底层字符串特性？
     1).二进制安全（体现在len这个字段上）
     2).避免频繁的内存分配，进行内存得预分配（体现在上面扩容过程）
     3).兼容c语言函数库（其实底层都会加\0占一个字节作为字符串结尾）

2.哈希底层的实现：数组 + 链表（采用头插法解决冲突，不会像java语言的map一样转化为红黑树），redis会把kay、value封装成一个dictEntry的结构体（dictEntry的key为string类型，value是一个指针，指向一个redisObject对象（不像java语言一样把hashmap的key、value的具体值封装在一起））

      redis为什么要把value封装成一个redisObject对象？

      因为redis支持value的值有多种不同的数据类型

3.list底层实现：底层是链表，有两个list，一个是ziplist，字面意是压缩列表，另一个是quicklist，字面意是快速列表，在redis中直接使用的是quicklist

4.set底层实现： Set是一个特殊的value为空的Hash。

5.zset底层实现：Zset底层是一种跳表SkipList数据结构（跳表在原有的有序链表上面增加了多级索引，通过索引来实现快速查找，实质就是一种可以进行二分查找的有序链表）

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