Redis学习笔记（1）——基本概念

数据库
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Redis是什么

Redis是一个开源的、基于内存、提供多种数据结构、支持持久化的非关系型数据库。

Redis为什么快

  • Redis绝大多数操作是纯内存操作，内存的读写速度远远大于硬盘的读写速度。
  • Redis采用多路复用的非阻塞IO机制，对数据的操作是单进程、单线程的，避免多线程中上下文切换造成的时间浪费。
  • 数据结构简单、高效。

为什么选择Redis作为缓存

  • 相比Memcached，Redis的优势为：
    • 支持多种数据类型；
    • 支持持久化数据；
    • 支持更大的value（512MB）；
    • 原生支持集群。

旧版Redis单线程的原因

  • 使用多线程带来的好处是提高CPU利用率，但Redis的瓶颈不在CPU，而在于网络带宽和内存大小。
  • 避免线程切换带来的性能开销。
  • 单线程无需考虑线程安全问题，简化数据结构和算法的实现。
  • 采用多路复用IO技术，单线程就能处理多个IO事件。
  • 注意：旧版Redis不是完全单线程的，只是网络IO和数据操作是单线程的。持久化机制、集群支撑模块等是多线程的。

新版Redis为何采用多线程

  • Redis 6.0版本使用多线程处理网络请求，但对数据的操作仍然是单线程的。
  • Redis的瓶颈在于网络IO的处理，尽管单线程的多路复用IO性能已经很好，但在并发量极高的场景下，仍然不够。采用多个IO线程来处理网络请求，可以提高网络请求的处理速度，并充分利用多核心CPU。
  • Redis 6.0默认是禁用多线程的，需要开启io-threads-do-reads yes并配置线程数。

Redis线程模型

  • Redis基于Reactor模式开发了自己的网络事件处理器：
    • 文件事件处理器以单线程方式运行，通过I/O多路复用程序监听多个套接字，并根据套接字目前执行的任务为套接字关联不同的事件处理器。
    • 文件事件分派器接收I/O多路复用程序传来的套接字，根据套接字产生的事件类型调用相应的事件处理器。
    • 事件处理器包括命令请求处理器、命令回复处理器、连接应答处理器等。
  • Redis的I/O多路复用程序有select、epoll、evport、kqueue等多个I/O多路复用库实现可选，会在编译时自动选择系统中性能最高的I/O多路复用库作为底层实现。

Redis使用场景

  • 缓存：Redis读写性能优异，且支持的数据类型丰富，适合做缓存。
  • 分布式Session：用Redis集中处理Session，解决不同服务器间Session的通信问题。
  • 分布式ID：Redis是单线程的，可以用自增命令来生成全局唯一ID。
  • 分布式锁：利用SETNX或者Redlock做分布式锁。
  • 排行榜：利用zset天生有序的特性，可以实现排行榜功能。
  • 计数器：利用Redis原子自增或者自减，可以实现计数器功能。
  • 消息队列：list数据结构基于双向链表，利用其先进先出的特性可以作为消息队列使用。但是与专业的MQ相比，存在很多缺陷：
    • 没有ACK机制，需要自己处理消息丢失的问题；
    • 不支持一个消息被多个消费者消费。

分布式锁

  • SETNX key value：只有当键不存在时才写入键值，如果键已经存在，则不做任何操作。通常需要EXPIRE key seconds命令来设置锁的过期时间，但如果SETNX操作成功，但EXPIRE设置失败，会导致死锁。
  • SET key value NX EX seconds：Redis 2.6.12版本使用SET命令涵盖了SETNX的功能，避免了上述死锁的情况。
  • Redlock是在分布式环境下更高级的分布式锁的实现，其流程为：
    • 客户端记录当前UNIX时间。
    • 客户端依次尝试从N个Redis实例获取锁，获取锁时设置一个超时时间，避免Redis节点失效时客户端仍在等待锁。
    • 计算获取锁花费的时间（用当前时间减去开始尝试获取锁时的时间），只有这个时间小于锁失效的时间才算获取这个节点的锁成功，只有当获取了至少N/2+1个实例上的锁才算获取分布式锁成功。
    • 如果获取锁失败，客户端给每个实例解锁。