Redis為什麼快? Redis到底快在哪裡?以下這篇文章帶大家分析一下Redis這麼快的原因,希望對大家有幫助!
Redis是基於鍵值對(Key-Value)的NoSQL資料庫,Redis的Value可以由String,hash,list,set,zset,Bitmaps,HyperLogLog等多種資料結構和演算法組成。 Redis也提供了鍵過期,發布訂閱,事務,Lua腳本,哨兵,Cluster等功能。 【相關推薦:Redis影片教學】
Redis執行指令的速度非常快,根據官方給的效能可以達到10w qps。那麼本文主要介紹到底Redis快在哪裡,主要有以下幾點:
一、開發語言
現在我們都用高階語言來編程,如Java、python等。也許你會覺得C語言很古老,但它真的很有用,畢竟unix系統就是用C實現的,所以C語言是非常貼近作業系統的語言。 Redis就是用C語言開發的,所以執行會比較快。
另外多說一句,大學生們好好學C,會讓你更好的理解電腦作業系統。別覺得學了高級語言就可以不用關注底層,欠的債總歸要還的。此處推薦一本比較難啃的書《深入理解計算系統》。
二、純記憶體存取
Redis將所有資料放在記憶體中,非資料同步正常運作中,是不需要從磁碟讀取資料的,0次IO。記憶體反應時間大約為100奈秒,這是Redis速度快的重要基礎。先看看CPU的速度:
拿我的電腦來說,主頻是3.1G,也就是說每秒可以執行3.1*10^9個指令。所以說CPU看世界是非常非常慢的,記憶體比它慢百倍,磁碟比他慢百萬倍,你說快不快?
借了一張《深入理解電腦系統》的圖,展示了一個典型的記憶體層次結構,在L0層,CPU可以在一個時脈週期存取到,基於SRAM的高速緩存春續期,可以在幾個CPU時鐘週期中存取到,然後是基於DRAM的主存,可以在幾十到幾百個時脈週期中存取到他們。
三、單線程
#第一,單執行緒簡化演算法的實現,並發的數據結構實現不但困難且測試也麻煩。第二,單執行緒避免了執行緒切換以及加鎖釋放鎖帶來的消耗,對於服務端開發來說,鎖和執行緒切換通常是效能殺手。當然了,單線也會有它的缺點,也是Redis的惡夢:阻塞。如果執行一個指令太長,那麼會造成其他指令的阻塞,對於Redis是十分致命的,所以Redis是面向快速執行場景的資料庫。
除了Redis之外,Node.js也是單線程,Nginx也是單線程,但他們都是伺服器高效能的典範。
四、非阻塞多路I/O復用機制
#在這之前先要說一下傳統的阻塞I/O是如何運作的:當使用read或write對某一文件描述符(File Descriptor FD)進行讀寫的時候,如果資料沒有收到,那麼該執行緒會被掛起,直到收到資料。
阻塞模型雖然容易理解,但是在需要處理多個客戶端任務的時候,不會使用阻塞模型。
I/O多路復用其實是指多個連線的管理可以在同一進程。多路是指網路連接,復用只是同一個線程。在網路服務中,I/O多路復用起的作用是一次把多個連接的事件通知業務代碼處理,處理的方式由業務代碼來決定。
在I/O多工模型中,最重要的函數呼叫就是I/O 多重化函數,該方法能同時監控多個檔案描述子(fd)的讀寫情況,當其中的某些fd可讀/寫時,此方法就會傳回可讀/寫的fd個數。
Redis使用epoll作為I/O多路復用技術的實現,再加上Redis自身的事件處理模型將epoll的read、write、close等都轉換成事件,不在網路I/O上浪費過多的時間。實現對多個FD讀寫的監控,提高效能。
舉個形象的例子吧。例如一個tcp伺服器處理20個客戶端socket。
A方案:順序處理,如果第一個socket因為網卡讀資料處理慢了,一阻塞後面都玩蛋去。
B方案:每個socket請求都創建一個分身子進程來處理,不說每個進程消耗大量系統資源,光是進程切換就夠操作系統累的了。
C方案(I/O復用模型,epoll):將使用者socket對應的fd註冊進epoll(實際上伺服器和作業系統之間傳遞的不是socket的fd而是fd_set的資料結構) ,然後epoll只告訴哪些需要讀/寫的socket,只需要處理那些活躍的、有變化的socket fd的就好了。
這樣,整個過程只會在呼叫epoll的時候才會阻塞,收發客戶訊息是不會阻塞的。
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