Redis的数据结构与单线程架构

"飞吧，去寻觅红色的流星"

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Redis中的五种数据结构和编码        

        Redis是一种通过键值对关系存储数据的软件，在前一篇中，我们可以使用type命令实际返回当前键所对应的数据结构类型，例如: String\list\hash\set等等。  

        但这些所有的数据结构都是对外表现的，也就是底层可能不是真正的列表，不是真正所谓的所谓的哈希！实际上Redis针对每种数据结构都有⾃⼰的底层内部编码实现，而且是每个类型都有多种实现方式，这样Redis能够在不同的场景下，选择使用合适的内部编码。

数据结构： redis承诺给你的，也可以理解为数据类型

编码方式： redis数据类型的底层实现

数据结构	内部编码
string	raw
	int
	emstr
hash	hashtable
	ziplist
list	linklist
	ziplist
set	hashtable
	intset
zset	skiplist
	ziplist

● string:

raw表示最基本的字符串，底层是持有char类型的数组(C++)，或者byte数组(Java)。

int在redis中通常会用来实现一些计数功能。

embstr 针对短字符串的优化。

● hash:
hashtable 最基本的哈希表，由redis内部哈希实现。

ziplist 当哈希表中的元素较少时，可能优化为ziplist了，压缩列表节省空间。

● list:
linkedlist 普通链表，ziplist压缩列表。在redis3.2之后引入了新的实现方式，它兼顾了linkedlist和ziplist的方式——quicklist。quicklist就是一个链表，每一个元素是ziplist，把空间和效率都兼顾到。这个quicklist可以类似C++中的deque。

● set:
inset集合中存储的是整数。

● zset:
skiplist跳表，这是一个用来查找的比较复杂链式结构。它能够做到将查找效率优化到O(logN)。

为什么需要压缩？

        redis中有很多key，某些key中的value类型是一个哈希结构，如果key特别多可是value中的哈希不多时，就会尽量去压缩空间，让其整体占用空间变小。

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Redis的单线程架构

        现如今，我们已经学习了redis中的基本命令以及常用的五种数据结构和它们自身内部的编码方式，对redis本身也算有了一定了解。可是你是否有和我一样有一定的疑问，就是redis为什么是一个单线程进程？换句话说，为什么redis只用一个线程来处理、执行命令呢？

        假设有多个客户端同时操作redis服务器:

        所以，单线程模型的好处就在于，执行命令的串行化，能够保障线程安全。另外，redis使用单线程模型的另外的原因在于，redis的核心业务逻辑都是短平快的！不太会占用大量的CPU资源和过多核。     

        当然单线程模型的坏处就在于，比如之前提及到的 "keys *" ，单个操作如果占用太长的时间，会导致其他请求无法得到快速地处理。

redis虽然是一个单线程模型，为啥效率这么高呢？

        这伙同redis为什么快是差不多的。这里的效率高、快都是相对于关系型数据库Mysql、oracle、SQL server等。

● redis访问的内存，而数据库访问的是硬盘。

● redis的核心功能更为简单，比起数据库而言。

        比如数据库需要提供数据插入、删除的各种约束，提供更加复杂的功能支持，这样势必会花费更多开销。

● 单线程模型，避免了线程切换和竞态产⽣的消耗。加之redis处理的场景都是些短平快的业务，不占用太多cpu，就算改成多线程提升也不明显。

● ⾮阻塞IO。Redis使⽤epoll作为I/O多路复⽤技术的实现，再加上Redis⾃⾝的事件处理模型将epoll中的连接、读写、关闭都转换为事件，不在⽹络I/O上浪费过多的时间。

如何理解多路I/O复用技术？

        所谓的多路I/O复用机制，就是指的是一个线程可以管理监测多个socket。针对Tcp而言，每一次连接都需要服务端为客户端安排一个socket。最开始的时候，是为每一个socket分配一个线程， 但一旦客户端持续增多，连接数持续增多，线程也就开的越多，系统开销越大。

        可是，一个服务器上那么多个socket，它们并非时时刻刻都会向客户端传输数据，所以，大多数情况下，tcp上的IO是处于阻塞当中，在等待客户端发送数据过来。所以，同一时刻只有少数的socket是活跃的状态，需要服务端提供服务。

Linux中提供了三套多路复用的AIP:
        select、poll、epoll，其中属epoll使用频率最高，因为它使用起来简单，并且效率是最高的(LT\ET模式) 。

Epoll底层机制:        

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本篇到此结束，感谢你的阅读。

祝你好于，向阳而生~