【高频】redis快的原因

相关问题：

1.为什么Redis能够如此快速地进行数据存储和检索？

2.Redis作为内存数据库,其内存存储有什么优势吗?

3.Redis的网络模型有何特点,如何帮助提升性能?

一、问题回答

• Redis使用了内存数据结构，例如字符串、哈希表、列表、集合、有序集合等，这些数据结构在内存中操作速度很快，有助于Redis的高性能。

• Redis采用单线程模型，避免了多线程的线程切换和同步开销，提高了处理速度。

• Redis使用了非阻塞I/O，可以在一个线程中处理多个客户端请求，提高了并发处理能力。

• Redis支持多种持久化方式，包括RDB快照和AOF日志，可以根据需要选择合适的持久化方式，同时保证数据安全和性能。

• Redis主要是基于内存操作，避免了频繁的磁盘IO操作，从而提高了读写性能。

二、redis的数据类型

1.String:主要用来存储字符串，底层基于动态字符串SDS实现，其通过动态调整长度节省内存。

场景：分布式锁session、分布式锁。  指令：set, hget, setnx, set ex

2.hash:类似于map，底层采用两种方式，当数据量较少并且元素占用内存少（小整数或短字符串时）采用ziplist（压缩列）。

场景：实现购物车    指令：hset, hgetall, hdel

3.list:有序可重复集合，当数据量少并且元素占用内存少，用ziplist,反之用quicklist(快速列表)，节省内存。

【ziplist: 连续内存空间，通过紧凑的存储来节省空间。 quicklist:基于ziplist和链表，节省内存，高效增删】

场景：栈（LPush+Lpop) \ 队列（Lpush + Lpop) \ 发布订阅

4.set:元素不可重复，当数据量少且元素为整，用intset(整数集合），反之用hashtable(哈希表）。

【intset:有序数组，紧凑空间。 hashtable：基于dict(字典)实现，采用拉链表解决。】

场景：抽奖(srandmember) \点赞收藏关注(sadd) \共同关注(sinter)\可能认识的人（sdiff)

5.zset(sorted set):有序不可重复，数据量少用ziplist，反之skiplist(跳表）+dict(字典）。

【skiplist:有序链表配上多级索引，通过多级索引位置的跳转实现快速查找元素，按分值排序。】

场景：排行榜(zrange\zreverange\zunionscore)

6.bitmap:位图。

场景： 月打卡、月活跃、布隆过滤器

7.stream：参考kafka设计的消息队列，支持持久化，适合小基数的消息队列场景。

三、Reactor模型

Reactor 模式也叫 Dispatcher 模式，即 I/O 多路复用监听事件，收到事件后，根据事件类型分配（Dispatch）给某个进程 / 线程。

1.单线程模式：一个线程负责多个事件处理，当连接数过多时会造成性能瓶颈，适合连接数少，复杂度低的场景。

2.多线程模式（单线程、工作线程池）：在单线程的基础上，将业务处理部分交给了线程池提高并发能力，需要注意线程安全。

3.主从多线程模式：将整体拆分为主、从Reactor

• 主：负责监听连接事件，将事件分发给从Reactor去处理。
• 从：负责与客户端读写操作，充分利用多核CPU，提升并发。

四、IO多路复用

一种同步IO模型，允许单线程去同时监听多个文件描述符，一旦文件描述符就绪就会通知程序处理。【多个请求复用了一个进程，这就是多路复用】

select/poll/epoll 内核提供给用户态的多路复用系统调用，进程可以通过一个系统调用函数从内核中获取多个事件。

• select:基于数组实现，每次调用都进行遍历，最大连接有上限。
• poll:基于链表实现，无最大连接上限。
• epoll:通过哈希表实现，通过事件通知，当IO事件就绪，系统注册的回调函数就被调用，无上限。【epoll 支持两种事件触发模式，分别是边缘触发（edge-triggered，ET）和水平触发（level-triggered，LT）】

注：（以下摘自：这次答应我，一举拿下 I/O 多路复用！）

1.poll 和 select 并没有太大的本质区别，都是使用「线性结构」存储进程关注的 Socket 集合，因此都需要遍历文件描述符集合来找到可读或可写的 Socket，时间复杂度为 O(n)，而且也需要在用户态与内核态之间拷贝文件描述符集合，这种方式随着并发数上来，性能的损耗会呈指数级增长。

2.epoll 通过两个方面，很好解决了 select/poll 的问题。

• epoll 在内核里使用红黑树来跟踪进程所有待检测的文件描述字，把需要监控的 socket 通过 epoll_ctl() 函数加入内核中的红黑树里，红黑树是个高效的数据结构，增删查一般时间复杂度是 O(logn)，通过对这棵黑红树进行操作，这样就不需要像 select/poll 每次操作时都传入整个 socket 集合，只需要传入一个待检测的 socket，减少了内核和用户空间大量的数据拷贝和内存分配。
• epoll 使用事件驱动的机制，内核里维护了一个链表来记录就绪事件，当某个 socket 有事件发生时，通过回调函数内核会将其加入到这个就绪事件列表中，当用户调用 epoll_wait() 函数时，只会返回有事件发生的文件描述符的个数，不需要像 select/poll 那样轮询扫描整个 socket 集合，大大提高了检测的效率。

五、持久化机制

1.RDB 就是 Redis DataBase 的缩写，中文名为快照/内存快照，RDB持久化是把当前进程数据生成快照保存到磁盘上的过程，由于是某一时刻的快照，那么快照中的值要早于或者等于内存中的值。【自动触发 和 手动触发】

2.Redis是“写后”日志，Redis先执行命令，把数据写入内存，然后才记录日志。日志里记录的是Redis收到的每一条命令，这些命令是以文本形式保存。PS: 大多数的数据库采用的是写前日志（WAL），例如MySQL，通过写前日志和两阶段提交，实现数据和逻辑的一致性。 【而AOF日志采用写后日志，即先写内存，后写日志。 】

• RDB：通过快照进行持久化，通过快照触发条件将内存中的数据写到rdb文件中。
• AOF：一种接近实时的方式，通过执行命令都写到AOF中。

很少使用RDB，因为它容易丢失数据，通常会采用AOF，但AOF持久化速度慢，故混合使用。

RDB全量持久化 + AOF增量持久化

1. 若数据不敏感，可不开启持久化
2. 数据比较重要且允许几分钟数据丢失用RDB
3. 作为内存数据，建议都开启，优先从AOF中进行数据恢复，因为它数据更完整。

详细了解：Redis进阶 - 持久化：RDB和AOF机制详解 | Java 全栈知识体系

六、基于内存操作

内存直接由 CPU 控制，也就是 CPU 内部集成的内存控制器，所以说内存是直接与 CPU 对接，享受与 CPU 通信的最优带宽。Redis 将数据存储在内存中，读写操作不会因为磁盘的 IO 速度限制。