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Redis （Remote Dictionary Server）是一個(gè)開源的高性能鍵值存儲(chǔ)系統(tǒng)，它使用內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并支持持久化，同時(shí)支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如字符串、哈希表、列表、集合和有序集合。Redis的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)大量的鍵值對時(shí)速度瓶頸的問題。本文將從Redis的架構(gòu)和運(yùn)行邏輯兩方面來探討Redis是如何實(shí)現(xiàn)高性能的。
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一、Redis的架構(gòu)
Redis的架構(gòu)由單個(gè)事件循環(huán)機(jī)制實(shí)現(xiàn)，它包含一個(gè)主進(jìn)程和多個(gè)工作進(jìn)程，具體架構(gòu)如下圖所示：
在Redis中，主進(jìn)程只負(fù)責(zé)監(jiān)聽socket連接，不具備真正的業(yè)務(wù)邏輯。一旦它監(jiān)聽到客戶端連接到它的TCP端口上，它會(huì)將連接套接字傳遞給工作進(jìn)程，然后等待新的連接。工作進(jìn)程負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作等復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，然后將結(jié)果返回給主進(jìn)程，由主進(jìn)程將結(jié)果返回給客戶端。
Redis的單個(gè)事件循環(huán)機(jī)制使得在不同的狀態(tài)之間切換非?？臁Ｖ鬟M(jìn)程通過epoll機(jī)制實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)，同時(shí)使用Watcher和Clients兩個(gè)事件注冊表管理Redis的事件。Watcher事件主要負(fù)責(zé)用戶拓展，當(dāng)Watcher事件被觸發(fā)時(shí)，它會(huì)檢查創(chuàng)建的文件描述符是否已準(zhǔn)備好，如果準(zhǔn)確的話Watcher會(huì)將客戶端套接字加入到本地Clients表中，每個(gè)工作進(jìn)程中都存有一個(gè)Clients表，用來快速索引客戶端的信息。關(guān)于事件循環(huán)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)，Redis將全局變量notification_pipe的讀端套接字加入到所有客戶端套接字的讀事 件集中，并在每個(gè)工作子進(jìn)程中實(shí)例化一個(gè)AsyncReadPipe，用于監(jiān)聽notification_pipe文件描述符上的讀事件。當(dāng)某個(gè)工作進(jìn)程完成讀寫操作后，會(huì)將事件返回到notification_pipe描述符上，主進(jìn)程從notification_pipe描述符中讀取消息，并將結(jié)果發(fā)送給客戶端。
Redis采用多個(gè)工作進(jìn)程實(shí)現(xiàn)讀寫分離，這種方式可以有效的將數(shù)據(jù)操作分到各個(gè)工作進(jìn)程中處理，以此提高Redis的并發(fā)度以及性能。同時(shí)Redis還使用了Linux中的共享內(nèi)存技術(shù)，將所有工作進(jìn)程中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)放在共享內(nèi)存中，從而共享數(shù)據(jù)，減少進(jìn)程間的通信次數(shù)，進(jìn)而提高性能。
二、Redis的運(yùn)行邏輯
Redis的運(yùn)行邏輯可以用以下代碼概括：
“`python
# 連接Redis數(shù)據(jù)庫
r = redis.Redis(host=’localhost’, port=6379, db=0)
# 把key/value寫入到Redis中
r.set(‘foo’, ‘bar’)
# 從Redis中讀取key對應(yīng)的value
r.get(‘foo’)
當(dāng)你在程序中調(diào)用以上代碼時(shí)，會(huì)先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，向Redis發(fā)送set命令，將鍵名為"foo"，鍵值為"bar"存儲(chǔ)在Redis中，然后通過get命令獲取鍵名為"foo"的鍵值并返回。在這整個(gè)過程中，Redis的實(shí)現(xiàn)原理是在對鍵值進(jìn)行操作時(shí)獲取了主進(jìn)程 > 工作進(jìn)程 > 網(wǎng)絡(luò)接口的三級緩存機(jī)制，將數(shù)據(jù)盡可能的放在緩存中，減少了物理磁盤的IO次數(shù)，從而達(dá)到高性能的目的。
Redis的高性能主要源于以下原因：
1.內(nèi)存存儲(chǔ)機(jī)制。
Redis采用內(nèi)存存儲(chǔ)機(jī)制，數(shù)據(jù)通過內(nèi)存讀取，而不是從磁盤讀取，從而提高了讀寫速度。
2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
Redis支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不論是字符串、哈希表、列表、集合還是有序集合，在Redis中都有專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到最優(yōu)化的性能。
3.多線程運(yùn)行。
Redis采用多線程運(yùn)行方式，將數(shù)據(jù)操作分配到各個(gè)工作進(jìn)程中，加快處理速度。
4.持久化策略。
Redis支持持久化策略，可以將數(shù)據(jù)寫入磁盤中，從而保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可靠性。
綜上所述，Redis的高性能主要得益于它的單個(gè)事件循環(huán)機(jī)制，多線程并發(fā)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，以及內(nèi)存存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等優(yōu)秀的機(jī)制。因此，Redis成為了現(xiàn)代分布式系統(tǒng)廣泛使用的重要工具之一。
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當(dāng)前文章：Redis架構(gòu)利用高性能運(yùn)行邏輯（redis運(yùn)行邏輯）
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