Redis高效性探索--线程IO模型,通信协议
Redis线程IO模型
- Redis是单线程,这个毋庸置疑
- Redis单线程能做到这么高的效率?不用怀疑,还有很多其他的服务都是单线程但是也有超高的效率,比如Node.js,Nginx也是单线程。
- Redis单线程高效原因:
- Redis所有数据都存储在内存中,所有运算都是内存级别的运算,正是因为Redis是单线程,所有要小心使用,我们业务中可能会有一些耗时的操作keys(死亡命令)时间复杂度O(n),这种一定要谨慎使用,会造成Redis卡顿
- Redis单线程如何处理这么多客户端的并发连接?
- 多路复用解决此问题,利用操作系统底层的select系列事件轮询API,非阻塞IO的形式,就是java中NIO的理念同样可以在Redis中复用
非阻塞IO
- 当我们通过套接字(socket)利用网络协议进行数据交换(读写)的时候,默认是阻塞的状态,比如read方法要传递进去一个参数n,标识最多读取n个字节后在返回,如果一个字节都没有,线程就会卡主,直到新的数据到来或者连接关闭,read方法才可以返回,线程才能继续处理其他的事务。Write方法一般不阻塞,除非内核为套接字分配的缓冲区已经满,write方法会阻塞,直到缓冲区空闲,在将剩下的写入,如下是redis中socket读写的一个流程。
- 非阻塞IO在套接字对象上提供了一个选项Non_blocking,当这个选项打开时候,读写方法不会阻塞,而是能读多少读多少,能写多少写多少。能读多少取决于内核为套接字分配的读缓冲区内部的数据字节数。写多少取决于内核为套接字分配的写缓冲区空闲空间字节数。读方法和写方法都会通过返回值来告知程序实际读写了多少字节
- 有了非阻塞IO意味着线程无在IO操作时无需阻塞,可以瞬间完成,然后继续别的事件
事件轮询(多路复用)
- 上文中提到的线程读取数据时候,并不是一次性读完,而是取决于缓冲区大小,读取了一部分就返回,那么线程如何知道什么时候才继续读,也就是当数据来了,线程如何得到通知。写也是一样,如果缓冲区满,写不完,剩下的数据什么时候才继续写,线程也需要得到通知。
- 事件轮询API就是用来解决这个问题。最简单的时间轮询API是select函数。操作系统级别的API。
- 输入是读写描述符列表read_fds&write_fds,输出是与之对应的可读写事件,还提供了timeout参数,
- 没有事件需要执行的时候最多等待timeout时间线程处于阻塞状态
- 一旦期间有任何事件到来就可以返回。时间过了之后没有任何事件到来也立刻返回
- 例如RedisClient执行一个 查询命令,client通过socket在select上注册一个read_fds,其他客户端的任何操作也是想select中注册事件,这个时间按定时任务执行,当轮到你执行的时候才执行你的socket事件。如下图
- 每个套接字socket都有对应的读写文件描述符,伪代码描述如下
read_events, write_events = select(read_fds, write_fds, timeout);
for event in read_events:handle_read(event.fd);
for event in write_events:handle_write(event.fd);
handle_others() //处理其他事件
指令队列
- Redis为每个客户端套接字关联一个指令队列。客户端指令通过队列排队进行顺序处理,先到先服务。
响应队列
- 同样Redis也为每个客户端套接字关联一个响应队列。Redis服务器通过响应队列来将指令结果回复给客户端。如果队列空则空闲,此时可以将当前客户端描述符从write_fds里面移除。等队列有数据在将描述符放入,避免select系统调用立刻返回写时间,结果发现没有数据可以写,空耗CPU资源
定时任务
- 上文中socket注册时间流程中,定时任务是关键的一环,服务器除了处理IO操作以外,还有定时任务。
- Redis的定时任务用来记录需要执行的任务,这些数据被记录在一个被称为“最小堆”的数据结构中。这个堆中最快执行的在最上方。每个循环周期中,Redis服务器端都会对最小堆中已经到实际点的任务进行处理,并将下一个要执行的任务还需要的时间记录下来(此处的时间就是我们注册时间到select中的socket的timeout)。因为Redis知道未来timeout时间内是没有任务,所有可以休眠timeout时间。
通信协议
- Redis序列化方法RESP(Redis Serialization Protocol)。一种直观的文本协议,优势在于简单直观,易于实现,解析性能极好,Redis的高效性的原因之一。
- Redis协议将传输结构分为五种单元类型,每种类型结束都加上回车换行(\r\n)。
- 单行字符串以“+”符合开头
- 多行字符串以“$”符号开头,后跟字符串长度
- 整数以“:”开头,后面跟整数字符串的形式
- 错误信息以“-”开头。
- 数组以“*”开头,后面跟数组长度
- 一下示例:
//单行字符串 hello world
+hello world\r\n
//多行字符串hello world
$11\r\nhello world\r\n
//整数1024
:1024\r\n
//错误信息
-WRONGTYPE Operation against a key holding the wrong kind of value\r\n
//数组[1,2,3]
*3\r\b:1\r\n:2\r\n:3
//NULL
$-1\r\n
//空串
$0\r\n\r\n
客户端到服务器通信
- 客户端向服务器发送指令只有一种格式,多行字符串数组。比如一个简单的set指令set myList addfirst,会被序列化如下格式
*3\r\n$3\r\nset\r\n$6\r\nmyList\r\n$8\r\naddfirst\r\n
- 控制台输出这个字符串如下,可以看出来是一个很容易理解的格式:
*3
$3
set
$6
myList
$8
addfirst
服务器到客户端
- 服务器向客户端回复响应信息要支持多种数据结构,所以消息响应在结构上要复杂一点,不过还是基于上文中的规则。
//单行字符串响应
docker-redis:0>set myList addfirst
OK
//OK是单行响应,没有使用引号括起来
+OK//错误响应
新docker-redis:0>incr myList
"ERR value is not an integer or out of range"
//对字符串自增报错,返回如下
-ERR value is not an integer or out of range//整数响应
新docker-redis:0>incr books
"1"
//此处1是整数
:1//多行字符串响应
新docker-redis:0>get myList
"addfirst"
//此处有引号,是多行响应
$8
addfirst//数组响应
新docker-redis:0>hset myMap name liaojiamin
"1"
新docker-redis:0>hset myMap age 28
"1"
新docker-redis:0>hgetall myMap1) "name"2) "liao"3) "age"4) "28"//hgetall返回一个数组,第1,3 是key 2,4 是value,客户端负责将数组组装成字典放回,格式如下*4$4name$4liao$3age$228//嵌套方式
新docker-redis:0>scan 01) "2359296"2) 1) "Phone"2) "nettyim"3) "1027"
//用sca扫描以游标形式获取,第一个标识游标值,第二个标识当前游标下的数据返回的数组格式,数组的2个元素存储的数组,数组第二个元素还是数组,三个元素
*2
$1
0
*3
$5
phone
$7
nettyim
$4
1027
- 小结
- Redis协议中大量冗余的回车换行,但是不影响性能,Redis的序列化协议还是互联网技术领域非常受欢迎的文本协议。技术上,性能的确重要,但是同时兼具简单易用,易实现,这些都是需要权衡。
上一篇:Redis高效性探索–管道
Redis高效性探索--线程IO模型,通信协议相关推荐
- Redis高效性探索--管道
管道 开始接触Redis时候,对应Redis管道有一个错误认识,任务是redis服务器提供的一种特别的技术,有了这种技术可以加速Redis的存取效率,但是实际上Redis的管道计算(Pipeline) ...
- 打卡学习 | Redis原理应用-线程IO模型
这是小小国庆节更新的第一篇,小小本篇将会更新Redis原理应用,线程IO模型.我是小小,我们这期见面了. 送书反馈 小小送的书到啦,一共三本书,晒图如下. 小小开始今天的文章,跟我学Redis系列之, ...
- Redis线程IO模型的秘密知多少
在前面事务里面讲过Redis是一个单线程应用程序,当然我们比较有代表性的单线程还有Node.js.Nginx等. 那么既然是单线程的为什么还这么快呢? Redis的数据都在内存里面,所有的运算都是内 ...
- 02 | 高性能 IO 模型:为什么单线程 Redis 能那么快?
我们通常说,Redis 是单线程,主要是指Redis 的网络 IO和键值对读写是由一个线程来完成的,这也是 Redis 对外提供键值存储服务的主要流程.但 Redis 的其他功能,比如持久化.异步删除 ...
- JAVA那点破事!并发、IO模型、集合、线程池、死锁、非阻塞、AQS....
关于Java面试,面试官一般喜欢问哪些问题? 本文对一些高频问题做了汇总,为了便于大家查找问题,了解全貌,整理个目录,我们可以快速全局了解关于 JAVA 接下来,我们逐条来看看每个问题及答案 JDK. ...
- JAVA那点破事,并发、IO模型、集合、线程池、死锁、非阻塞、AQS...
JDK.JRE.JVM 三者有什么关系? 答案: JDK(全称 Java Development Kit),Java开发工具包,能独立创建.编译.运行程序. JDK = JRE + java开发工具( ...
- 一篇文章带你搞透redis高性能IO模型
Redis作为K-V数据库,应用非常广泛,在各大厂的面试中,redis也是绕不开的一个话题.我们说redis快,常规的解释是redis是基于内存实现的以及它的高效的数据结构,其实redis快的原因还有 ...
- python(40)- 进程、线程、协程及IO模型
一.操作系统概念 操作系统位于底层硬件与应用软件之间的一层.工作方式:向下管理硬件,向上提供接口. 操作系统进行进程切换:1.出现IO操作:2.固定时间. 固定时间很短,人感受不到.每一个应用层运行起 ...
- reactor线程模型_面试一文搞定JAVA的网络IO模型
1,最原始的BIO模型 该模型的整体思路是有一个独立的Acceptor线程负责监听客户端的链接,它接收到客户端链接请求之后为每个客户端创建一个新的线程进行链路处理,处理完成之后,通过输出流返回应答给客 ...
最新文章
- 南大和中大“合体”拯救手残党:基于GAN的PI-REC重构网络,“老婆”画作有救了 | 技术头条...
- qemu-kvm分析
- spring12:@Component衍生注解
- wpf 如何设置弹出窗口必须关闭才能打开其他软件_CAD如何打印才能不留白?原来打印图纸还有这么多技巧?...
- vue项目如何放到服务器上,Vue项目怎么上传到云服务器
- excel制作一个信息录入系统_制作Excel仓库入库单,一键完成数据录入、计算及保存操作...
- 3D-CNN各层计算
- c 语言输入n个数求和,c++---天梯赛---N个数求和
- 学习C++的第一本书
- dedecms织梦第三方登录插件-QQ登录、微博登录、微信登录
- 06 - JavaSE之常用类
- 【英雄联盟动画-双城之战】10点首播!6亿召唤师快来
- canvas应用之各种游戏转盘
- ubuntu18.04 安装绿联usb转网卡驱动
- 天猫服饰新推“良品臻选”,请了一群挑剔的女人给服装“挑刺”
- 实现自动化测试,首先不是一个技术问题
- 【沃顿商学院学习笔记】管理学——06腐败带来的间接成本和全球制裁状况Indirect Costs and Sanction
- 深入理解MVCC实现原理以及当前读和快照读存在的问题
- 电机控制基础知识储备
- 电脑右键没有“发送到”选项
热门文章
- linux 路由表设置 之 route 指令详解
- Ubuntu之12.04常用快捷键——记住这些你就是高手啦!
- sql INNER JOIN 取得两个表中存在连接匹配关系的记录(mysql)
- mft文件记录属性头包括_关于NTFS-MFT
- 人类历史上最伟大的物理学家
- 年度迷惑新闻:美女其实是个男生?
- 乔布斯死后的300亿遗产终于被败光了,没想到竟是干了这件事
- 中小学招生强化就近入学;首次全女性太空行走取消;苹果付费新闻APP奔溃;NASA火星上发现鹅卵石;这就是今天的大新闻...
- android+清除循环动画,android - 如何使用ViewPropertyAnimator生成循环动画?
- xftp6设置默认打开文件的程序_修改文件默认打开方式,不改变原图标