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为什么redis是单线程的以及为什么这么快?

官网的说法

72_1.png我们先来认真看一下官网的说法。翻译过来大意如下: CPU并不是您使用Redis的瓶颈,因为通常Redis要么受内存限制,要么受网络限制。例如,使用在一般Linux系统上运行的流水线Redis每秒可以发送一百万个请求,因此,如果您的应用程序主要使用O(N)或O(log(N))命令,则几乎不会使用过多的CPU 。 但是,为了最大程度地利用CPU,您可以在同一服务器上启动多个Redis实例,并将它们视为不同的服务器。在某个时候,单个实例可能还不够,因此,如果您要使用多个CPU,则可以开始考虑更早地分片的某种方法。 但是,在Redis 4.0中,我们开始使Redis具有更多线程。目前,这仅限于在后台删除对象,以及阻止通过Redis模块实现的命令。对于将来的版本,计划是使Redis越来越线程化。 既然redis的瓶颈不是cpu,那么在单线程可以实现的情况下,自然就使用单线程了。

自己的解读

我们知道redis是基于内存的。那么我们接下来要了解一个问题多线程cpu和内存直接操作差多少? 多线程操作就是使用多个cpu模拟多个线程,对redis进行操作。这样会造成一个巨大的问题,就是cpu的上下文切换问题。cpu的上下文切换的效率比直接在内存中进行读取差的很多。redis使用单个cpu绑定一个内存,针对内存的处理就是单线程的,这样避免了上下文的切换,所以非常的快。 一次cpu的切换时间大约是1500ns。从内存中读取1mb的连续数据,耗时大约是250us。如果1mb的数据被多个线程读取了1000次。那么就是有1000次时间的上下文切换。于是就是1500ns*1000=1500us。结果显而易见。1500us和250us差的还是很多的。 那么redis采取单线程还避免了很多问题。如果redis使用多线程来进行,那么就要考虑多线程带来的数据安全问题,如果我们在操作redis的list,hash等数据结构的时候。多线程就可能存在数据不安全的情况,这是就要加锁。一旦加锁就影响了程序的执行速度。

磁盘读取和内存读取的区别

【IOPS(Input/Output Operations Per Second)是一个用于计算机存储设备(如硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)或存储区域网络(SAN))性能测试的量测方式】 【吞吐量是指对网络、设备、端口、虚电路或其他设施,单位时间内成功地传送数据的数量(以比特、字节、分组等测量)】 内存是一个 IOPS 非常高的系统,因为我想申请一块内存就申请一块内存,销毁一块内存我就销毁一块内存,内存的申请和销毁是很容易的。而且内存是可以动态的申请大小的。 磁盘的特性是:IPOS很低很低,但吞吐量很高。这就意味着,大量的读写操作都必须攒到一起,再提交到磁盘的时候,性能最高。为什么呢? 如果我有一个事务组的操作(就是几个已经分开了的事务请求,比如写读写读写,这么五个操作在一起),在内存中,因为IOPS非常高,我可以一个一个的完成,但是如果在磁盘中也有这种请求方式的话, 我第一个写操作是这样完成的:我先在硬盘中寻址,大概花费10ms,然后我读一个数据可能花费1ms然后我再运算(忽略不计),再写回硬盘又是10ms ,总共21ms 第二个操作去读花了10ms, 第三个又是写花费了21ms ,然后我再读10ms, 写21ms ,五个请求总共花费83ms,这还是最理想的情况下,这如果在内存中,大概1ms不到。 所以对于磁盘来说,它吞吐量这么大,那最好的方案肯定是我将N个请求一起放在一个buff里,然后一起去提交。 方法就是用异步:将请求和处理的线程不绑定,请求的线程将请求放在一个buff里,然后等buff快满了,处理的线程再去处理这个buff。然后由这个buff 统一的去写入磁盘,或者读磁盘,这样效率就是最高。 对于慢速设备,这种处理方式就是最佳的,慢速设备有磁盘,网络 ,SSD 等等。

为什么单核cpu绑定一块线程内存效率最高

我们不能任由操作系统负载均衡,因为我们自己更了解自己的程序,所以我们可以手动地为其分配CPU核,而不会过多地占用CPU”,默认情况下单线程在进行系统调用的时候会随机使用CPU内核,为了优化Redis,我们可以使用工具为单线程绑定固定的CPU内核,减少不必要的性能损耗! redis作为单进程模型的程序,为了充分利用多核CPU,常常在一台server上会启动多个实例。而为了减少切换的开销,有必要为每个实例指定其所运行的CPU。 Linux 上 taskset 可以将某个进程绑定到一个特定的CPU。你比操作系统更了解自己的程序,为了避免调度器愚蠢的调度你的程序,或是为了在多线程程序中避免缓存失效造成的开销。

redis的多线程情况

一个redisserver运行的时候,不是单线程的,比如进行rdb备份的时候,就是fork出了一个子进程来进行实现。 可以通过 ps -ef | grep redis 来查看到redis的进程pid。 再使用ps -T -p pid 来查看当前pid下面的线程数。

72_2.pngps命令的“-T”参数表示显示线程(Show threads, possibly with SPID column.)“SPID”栏表示线程ID,而“CMD”栏则显示了线程名称。

redis的内存模式为什么比数据库磁盘块

磁盘数据库的形式,当我们找数据的时候,先找到索引,通过索引然后关联到磁盘的数据。如果使用内存的方式,可以直接从内存中读取数据。减少了硬盘的io。不受硬盘的读取速度影响。

redis的单线程到底有多快

72_3.pngredis的每秒查询次数可以达到10w+。但是随着连接数的增加,每秒的查询数会进行减少。通一个服务器多个连接数导致。

为什么内存读取比硬盘快

两种的方式不同。内存是一种半导体的存储器,是ram。内存中的数据是电,一旦断电内存中的数据就会消失。内存没有机械结构。 硬盘是一种机械结构。查找数据的时候,磁盘要运动到想应的位置。磁头读取磁盘里的数据。

redis单线程的优势和劣势

优势

代码更清晰,处理逻辑更简单。 不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁、释放锁操作,没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗。 不存在“多进程或者多线程导致的切换”而消耗CPU。

劣势

无法发挥多核CPU性能,不过可以通过在单机开多个Redis实例来完善。

redis的多路io复用

redis 采用网络IO多路复用技术,来保证在多连接的时候系统的高吞吐量。 多路-指的是多个socket网络连接,复用-指的是复用一个线程。多路复用主要有三种技术:select,poll,epoll。epoll是最新的、也是目前最好的多路复用技术。 采用多路I/O复用技术:其一,可以让单个线程高效处理多个连接请求(尽量减少网络IO的时间消耗)。其二,Redis在内存中操作数据的速度非常快(内存里的操作不会成为这里的性能瓶颈)。主要以上两点造就了Redis具有很高的吞吐量。 采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求。

redis为什么是单线程及为什么快的总结

1、Redis是纯内存数据库,一般都是简单的存取操作,线程占用的时间很多,时间的花费主要集中在IO上,所以读取速度快。 2、Redis使用的是非阻塞IO、IO多路复用,使用了单线程来轮询描述符,将数据库的开、关、读、写都转换成了事件,减少了线程切换时上下文的切换和竞争。 3、Redis采用了单线程的模型,保证了每个操作的原子性,也减少了线程的上下文切换和竞争。 4、Redis避免了多线程的锁的消耗。 5、Redis采用自己实现的事件分离器,效率比较高,内部采用非阻塞的执行方式,吞吐能力比较大。

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