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Redis高性能架構詳解(圖文全面總結)

來源: 責編: 時間:2024-07-12 17:26:23 736觀看
導讀IO多路復用技術Redis的高性能,有功于其使用的 IO 多路復用技術(IO multiplexing)。IO 多路復用是一種 IO 模型,它使單個線程可以監視多個文件描述符(如:網絡套接字)。這種機制避免了為每個連接創建一個線程或進程的開銷,從而

IO多路復用技術

Redis的高性能,有功于其使用的 IO 多路復用技術(IO multiplexing)。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

IO 多路復用是一種 IO 模型,它使單個線程可以監視多個文件描述符(如:網絡套接字)。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

這種機制避免了為每個連接創建一個線程或進程的開銷,從而提升了性能。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

Redis 在處理網絡 IO 時,采用異步非阻塞模式,利用了操作系統提供的 IO 多路復用技術(如 epoll),可以同時處理多個客戶端連接而不會阻塞整個服務進程。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

如下圖所示:52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

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IO 多路復用庫,包括 :select、poll、epoll(Linux)。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

在不同的操作系統上,Redis 會選擇最適合的 IO 多路復用庫,Linux:主要使用 epoll。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

epoll 是 Linux 下的高性能 IO 多路復用機制,利用了紅黑樹和事件就緒隊列,提供了更高效的文件描述符管理和事件通知,適合于需要處理大量并發連接的場景。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

內存存儲

Redis之所以性能快,主要原因是它將數據存儲在"內存"中,而不是在磁盤上。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

原因很簡單,內存的讀寫帶寬遠高于磁盤,支持更高的并發讀寫操作。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

為什么磁盤慢這么多呢?原因是自己的設計結構,如下圖所示:52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

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一次數據的讀寫,主要會涉及到:尋道、以及旋轉延遲。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

尋道

為了讀取、或寫入數據,首先,磁頭需要移動到正確的軌道上,這就是尋道。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果每次讀取,都需要定位到正確的軌道,這就需要時間,特別是機械硬盤,就非常浪費時間。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

所以,磁頭移動到目標軌道,這是最慢的一步之一。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

旋轉延遲

當磁頭到達目標軌道后,還需要等待盤片,旋轉到正確位置以便訪問數據塊,這就會涉及到“旋轉延遲”。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

旋轉延遲,通常占據了總I/O時間的一大部分,平均延遲時間約為盤片轉一圈時間的一半。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

所以,這些步驟,都是非常耗費性能的。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

而內存,沒有磁盤旋轉、和磁頭移動的機械延遲,訪問時間在納秒級別,而磁盤訪問時間在毫秒級別。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

所以,內存的速度會快非常多,這也是性能快的核心原因。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

數據結構高效

Redis提供了多種高效的數據結構(如:字符串、列表、集合、有序集合、哈希等),如下圖所示:52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

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這些數據結構在內存中進行優化,能夠快速進行數據操作。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

比如:52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

LPUSH task_queue "task1"RPOP task_queue

列表使用 QuickList(雙向鏈表),可以在列表兩端快速插入和刪除元素。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

常數時間復雜度:在列表兩端進行的操作時間復雜度為 O(1)。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

再比如:52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

SADD user_tags "tag1"SISMEMBER user_tags "tag1"

集合基于哈希表實現,能夠在常數時間內完成添加和檢查操作。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

優化的網絡通信協議

Redis 使用自己優化的 RESP(REdis Serialization Protocol),網絡通信協議。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

該協議簡單且高效,能夠減少網絡通信的開銷,提升數據傳輸效率。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

總之,Redis 通過上述多個方面的優化、和設計,使得它成為了一個高性能的分布式緩存,適用于各種需要快速響應、和處理大規模數據的應用場景。52u28資訊網——每日最新資訊28at.com

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