为什么单线程的Redis这么快?

一. Redis简介

Redis是一个开源的内存中的数据结构存储系统,它可以用作数据库、缓存和消息中间件。 它支持多种类型的数据结构,如 字符串(strings), 散列(hashes), 列表(lists), 集合(sets), 有序集合(sorted sets)等。

二. Redis为什么这么快

  1. 完全基于内存,绝大部分请求是纯粹的内存操作。 
  2. 数据结构简单,对数据操作也简单,Redis中的数据结构是专门进行设计的。 
  3. 采用单线程,避免了不必要的上下文切换和竞争条件,也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU,不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁释放锁操作,没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗。  
  4. 使用多路I/O复用模型,非阻塞IO。 
  5. 使用底层模型不同,它们之间底层实现方式以及与客户端之间通信的应用协议不一样,Redis直接自己构建了VM 机制 ,因为一般的系统调用系统函数的话,会浪费一定的时间去移动和请求。

三. 多路I/O复用模型

多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O 事件的能力,在空闲的时候,会把当前线程阻塞掉,当有一个或多个流有 I/O 事件时,就从阻塞态中唤醒,于是程序就会轮询一遍所有的流(epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流),并且只依次顺序的处理就绪的流,这种做法就避免了大量的无用操作。  
  这里“多路”指的是多个网络连接,“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求(尽量减少网络 IO 的时间消耗),且 Redis 在内存中操作数据的速度非常快,也就是说内存内的操作不会成为影响Redis性能的瓶颈,主要由以上几点造就了 Redis 具有很高的吞吐量。

下面举一个例子,模拟一个tcp服务器处理30个客户socket。假设你是一个老师,让30个学生解答一道题目,然后检查学生做的是否正确,你有下面几个选择:

  1. 第一种选择:按顺序逐个检查,先检查A,然后是B,之后是C、D。。。这中间如果有一个学生卡主,全班都会被耽误。这种模式就好比,你用循环挨个处理socket,根本不具有并发能力。
  2. 第二种选择:你创建30个分身,每个分身检查一个学生的答案是否正确。 这种类似于为每一个用户创建一个进程或者线程处理连接。
  3. 第三种选择,你站在讲台上等,谁解答完谁举手。这时C、D举手,表示他们解答问题完毕,你下去依次检查C、D的答案,然后继续回到讲台上等。此时E、A又举手,然后去处理E和A。。。 这种就是IO复用模型,Linux下的select、poll和epoll就是干这个的。将用户socket对应的fd注册进epoll,然后epoll帮你监听哪些socket上有消息到达,这样就避免了大量的无用操作。此时的socket应该采用非阻塞模式。这样,整个过程只在调用select、poll、epoll这些调用的时候才会阻塞,收发客户消息是不会阻塞的,整个进程或者线程就被充分利用起来,这就是事件驱动,所谓的reactor模式。

四. 单进程单线程好处

  1. 代码更清晰,处理逻辑更简单
  2. 不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁释放锁操作,没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗
  3. 不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗CPU

多路I/O复用模型例子参考:https://www.zhihu.com/question/28594409/answer/52835876


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posted @ 2019-03-04 15:09 java_lover 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏