架构引出单线程模型为什么单线程还能这么快

预备知识⼏个全局generic命令数据结构和内部编码单线程模式机制分析。

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种数据结构的特点、命令使⽤、应⽤场景⽰例。

键遍历、数据库管理。

预备知识

的⼀些全局命令、数据结构和内部编码、单线程命令处理机制是⼗分必要的它们能为后⾯内容的学习打下⼀个良好的基础.主要体现在两个⽅⾯

Redis

不是万⾦油有些数据结构和命令必须在特定场景下使⽤⼀旦使⽤不当可能对

Redis

办公环境办公的电脑开发环境有时就是和办公环境一样的前端/客户端有时开发环境就是一个单独的服务器后端因为有些程序比较复杂

编译一次时间比较久比如

测试环境一般是比较好的服务器测试工程师用的生产环境线上环境与前面三个环境相对的前面三个是线下环境线上环境是外界用户访问的线下环境是外界用户无法访问的这是影响公司营收的

返回值匹配

自身的这些键值对是通过哈希表组织的具体的某个值又可以是一些数据结构。

返回值key

删除了几个一般来说问题不大除非是删除了很多这样就会导致请求直接发送到

MySQL就容易把

实现分布式锁为避免不能正确解锁的情况通常都会在加锁的时候设置过期时间Redis

Redis

定期删除这个定期删除也采用了一个抽取样本的方式每次只抽取一部分保证这个抽取检查的过程足够快不要浪费太多时间惰性删除过期了不会立即删除但一旦访问到了

Redis

作者没有采用定时器的原因可能是因为如果基于定时器实现就要引入多线程了而

Redis

都设置了过期时间放入优先级队列后指定优先级规则是过期时间早的先出队列此时扫描线程只需要盯着队首元素即可但这个是扫描线程也不需要检查得太频繁可以根据当前时刻和队首元素的过期时间设置一个等待此时如果有新任务添加进来就唤醒一下刚才的线程重新检查一下队首元素再根据时间差距重新调整阻塞时间即可

时间轮

把时间划分成很多的格子划分的粒度看实际需求每个格子都挂着一个链表每个链表都代表一个要执行的任务此时设置一个指针遍历这个轮每隔固定的时间走一个格子此时添加一个

key

时把其过期时间除以指针移动的固定时间放到对应的格子对于时间轮多少个格子以及移动的固定时间都是根据需求设置的

Redis

支持10个数据类型做⼀个热⾝后续将对键管理做⼀个更为详细的介绍。

数据结构和内部编码

命令实际返回的就是当前键的数据结构类型它们分别是string字符串、list列表、hash哈希、set集合、zset有序集合但这些只是

Redis

数据类型内部编码说明stringraw最基本的字符串stringint当

value

保存stringembstr针对短字符串进行的特殊优化hashhashtable最基本的哈希表但这并不是

Java

HashTablehashziplist压缩列表针对哈希表里面元素较少的情况能够节省空间listlinkedlist链表listziplist压缩列表sethashtablesetintset针对集合中存的都是整数zsetskiplist跳表也是链表但每个节点上有多个指针域zsetziplist

list

可以改进内部编码⽽对外的数据结构和命令没有任何影响这样⼀旦开发出更优秀的内部编码⽆需改动外部数据结构和命令例如

Redis

两者的优势为列表类型提供了⼀种更为优秀的内部编码实现⽽对⽤⼾来说基本⽆感知。

多种内部编码实现可以在不同场景下发挥各⾃的优势例如

ziplist

会根据配置选项将列表类型的内部实现转换为linkedlist整个过程⽤⼾同样⽆感知。

单线程架构

使⽤了单线程架构来实现⾼性能的内存数据库服务本节⾸先通过多个客⼾端命令调⽤的例⼦说明

Redis

单线程模型为什么性能如此之⾼最终给出为什么理解单线程模型是使⽤和运维

Redis

服务器进程内部真的只有一个线程有多个线程多个线程是在处理网络IO

引出单线程模型

我们已经知道从客⼾端发送的命令经历了发送命令、执行命令、返回结果三个阶段其中我们重点关注第

Redis

去执行命令的但微观⻆度这些命令还是采⽤线性⽅式去执⾏的只是原则上命令的执⾏顺序是不确定的但⼀定不会有两条命令被同步执⾏如图

2-3、2-4、2-5

内部只有⼀个服务窗⼝多个客⼾端按照它们达到的先后顺序被排队在窗⼝前依次接受

Redis

核心功能比数据库的核心功能更简单数据库对于数据的插入删除查询都有更复杂的功能支持这样的功能势必要花费更多的开销。

非阻塞

epoll

socket但很多情况下每个客户端和服务器之间的通信也没那么频繁此时很多

socket

是个事件通知/回调机制一个线程可以同时做多件事情能高效完成多件事但前提是这多件事交互是互不影响的大部分时间都在等。

Linux

单线程避免了线程切换和竞态产生的消耗。

单线程可以简化数据结构和算法的实现让程序模型更简单其次多线程避免了在线程竞争同⼀份共享数据时带来的切换和等待消耗。

2-6

带来很多好处但还是有⼀个致命的问题对于单个命令的执⾏时间都是有要求的。

如果某个命令执⾏过⻓会导致其他命令全部处于等待队列中迟迟等不到响应造成客⼾端的阻塞对于

Redis