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Redis高性能架構(gòu)詳解(圖文全面總結(jié))

來源: 責編: 時間:2024-07-12 17:26:23 701觀看
導讀IO多路復用技術(shù)Redis的高性能,有功于其使用的 IO 多路復用技術(shù)(IO multiplexing)。IO 多路復用是一種 IO 模型,它使單個線程可以監(jiān)視多個文件描述符(如:網(wǎng)絡(luò)套接字)。這種機制避免了為每個連接創(chuàng)建一個線程或進程的開銷,從而

IO多路復用技術(shù)

Redis的高性能,有功于其使用的 IO 多路復用技術(shù)(IO multiplexing)。Xqm28資訊網(wǎng)——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(jiān)視多個文件描述符(如:網(wǎng)絡(luò)套接字)。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

這種機制避免了為每個連接創(chuàng)建一個線程或進程的開銷,從而提升了性能。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

Redis 在處理網(wǎng)絡(luò) IO 時,采用異步非阻塞模式,利用了操作系統(tǒng)提供的 IO 多路復用技術(shù)(如 epoll),可以同時處理多個客戶端連接而不會阻塞整個服務(wù)進程。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

如下圖所示:Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

圖片圖片Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

IO 多路復用庫,包括 :select、poll、epoll(Linux)。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在不同的操作系統(tǒng)上,Redis 會選擇最適合的 IO 多路復用庫,Linux:主要使用 epoll。Xqm28資訊網(wǎng)——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(fā)連接的場景。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

內(nèi)存存儲

Redis之所以性能快,主要原因是它將數(shù)據(jù)存儲在"內(nèi)存"中,而不是在磁盤上。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

原因很簡單,內(nèi)存的讀寫帶寬遠高于磁盤,支持更高的并發(fā)讀寫操作。Xqm28資訊網(wǎng)——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(shè)計結(jié)構(gòu),如下圖所示:Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

圖片圖片Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

一次數(shù)據(jù)的讀寫,主要會涉及到:尋道、以及旋轉(zhuǎn)延遲。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

尋道

為了讀取、或?qū)懭霐?shù)據(jù),首先,磁頭需要移動到正確的軌道上,這就是尋道。Xqm28資訊網(wǎng)——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。Xqm28資訊網(wǎng)——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。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

旋轉(zhuǎn)延遲

當磁頭到達目標軌道后,還需要等待盤片,旋轉(zhuǎn)到正確位置以便訪問數(shù)據(jù)塊,這就會涉及到“旋轉(zhuǎn)延遲”。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

旋轉(zhuǎn)延遲,通常占據(jù)了總I/O時間的一大部分,平均延遲時間約為盤片轉(zhuǎn)一圈時間的一半。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

所以,這些步驟,都是非常耗費性能的。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

而內(nèi)存,沒有磁盤旋轉(zhuǎn)、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。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

所以,內(nèi)存的速度會快非常多,這也是性能快的核心原因。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)高效

Redis提供了多種高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如:字符串、列表、集合、有序集合、哈希等),如下圖所示:Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

圖片圖片Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中進行優(yōu)化,能夠快速進行數(shù)據(jù)操作。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

比如:Xqm28資訊網(wǎng)——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。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

常數(shù)時間復雜度:在列表兩端進行的操作時間復雜度為 O(1)。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

再比如:Xqm28資訊網(wǎng)——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(xiàn),能夠在常數(shù)時間內(nèi)完成添加和檢查操作。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

Redis 使用自己優(yōu)化的 RESP(REdis Serialization Protocol),網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

該協(xié)議簡單且高效,能夠減少網(wǎng)絡(luò)通信的開銷,提升數(shù)據(jù)傳輸效率。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

總之,Redis 通過上述多個方面的優(yōu)化、和設(shè)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(guī)模數(shù)據(jù)的應用場景。Xqm28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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