Redis笔记（一）Redis简介

关于Redis

Redis是一款开源的高性能键值对数据库，
最初的作者是意大利的Salvatore Sanfilippo，
他的github是 antirez ，Redis的源码同样托管在Git上：
https://github.com/antirez/redis。
目前，Vmware在资助着redis项目的开发和维护。

Redis的特性

键值对如dict["key"]="value"中，"key"是键名，"value"是键值，
Redis的键值不仅可以是字符串，还可以是多种数据类型，包括字符串类型，散列类型，列表类型，集合类型，有序集合类型。

Redis所有数据都存储在内存中，但同时也提供了对持久化的支持，可以将内存中的数据异步写入到硬盘中。
Redis可以为每个键设置生存时间（Time To Live,TTL），生存时间到后键会自动被删除，因此Redis可以作为缓存系统使用。

Redis还可以限定数据占用的最大内存空间，在数据达到空间限制后可以按照一定的规则自动淘汰不需要的键。

Redis的列表类型键支持阻塞读取，可以实现一个高性能的优先级队列。

Redis支持"Publish/subscribe"的消息模式，可以在很多的消息场景中应用。

Redis和Memcached的区别（转自谈谈Memcached与Redis）

对于像Redis和Memcached这种基于内存的数据库系统来说，内存管理的效率高低是影响系统性能的关键因素。传统C语言中的 malloc/free函数是最常用的分配和释放内存的方法，但是这种方法存在着很大的缺陷：首先，对于开发人员来说不匹配的malloc和free容易造成内存泄露；其次，频繁调用会造成大量内存碎片无法回收重新利用，降低内存利用率；最后，作为系统调用，其系统开销远远大于一般函数调用。所以，为了提高内存的管理效率，高效的内存管理方案都不会直接使用malloc/free调用。Redis和Memcached均使用了自身设计的内存管理机制，但是实现方法存在很大的差异。

Memcached的内存管理机制

Memcached默认使用Slab Allocation机制管理内存，其主要思想是按照预先规定的大小，将分配的内存分割成特定长度的块以存储相应长度的key-value数据记录，以完全解决内存碎片问题。Slab Allocation机制只为存储外部数据而设计，也就是说所有的key-value数据都存储在Slab Allocation系统里，而Memcached的其它内存请求则通过普通的malloc/free来申请，因为这些请求的数量和频率决定了它们不会对整个系统的性能造成影响

Slab Allocation的原理相当简单。如图所示，它首先从操作系统申请一大块内存，并将其分割成各种尺寸的块Chunk，并把尺寸相同的块分成组Slab Class。其中，Chunk就是用来存储key-value数据的最小单位。每个Slab Class的大小，可以在Memcached启动的时候通过制定Growth Factor来控制。假定Figure 1中Growth Factor的取值为1.25，所以如果第一组Chunk的大小为88个字节，第二组Chunk的大小就为112个字节，依此类推。

Memcached内存管理架构

当Memcached接收到客户端发送过来的数据时首先会根据收到数据的大小选择一个最合适的Slab Class，然后通过查询Memcached保存着的该Slab Class内空闲Chunk的列表就可以找到一个可用于存储数据的Chunk。当一条数据库过期或者丢弃时，该记录所占用的Chunk就可以回收，重新添加到空闲列表中。从以上过程我们可以看出Memcached的内存管理制效率高，而且不会造成内存碎片，但是它最大的缺点就是会导致空间浪费。因为每个 Chunk都分配了特定长度的内存空间，所以变长数据无法充分利用这些空间。如下图所示，将100个字节的数据缓存到128个字节的Chunk中，剩余的28个字节就浪费掉了。

Memcached的存储空间浪费

Redis的内存管理机制

Redis的内存管理主要通过源码中zmalloc.h和zmalloc.c两个文件来实现的。Redis为了方便内存的管理，在分配一块内存之后，会将这块内存的大小存入内存块的头部。如图 5所示，real_ptr是redis调用malloc后返回的指针。redis将内存块的大小size存入头部，size所占据的内存大小是已知的，为 size_t类型的长度，然后返回ret_ptr。当需要释放内存的时候，ret_ptr被传给内存管理程序。通过ret_ptr，程序可以很容易的算出 real_ptr的值，然后将real_ptr传给free释放内存。

Redis块分配

Redis通过定义一个数组来记录所有的内存分配情况，这个数组的长度为ZMALLOC_MAX_ALLOC_STAT。数组的每一个元素代表当前程序所分配的内存块的个数，且内存块的大小为该元素的下标。在源码中，这个数组为zmalloc_allocations。 zmalloc_allocations[16]代表已经分配的长度为16bytes的内存块的个数。zmalloc.c中有一个静态变量 used_memory用来记录当前分配的内存总大小。所以，总的来看，Redis采用的是包装的mallc/free，相较于Memcached的内存管理方法来说，要简单很多。

Redis和Memcached整体对比

Redis的作者Salvatore Sanfilippo曾经对这两种基于内存的数据存储系统进行过比较，总结如下：

1）性能对比：由于Redis只使用单核，而Memcached可以使用多核，所以平均每一个核上Redis在存储小数据时比Memcached性能更高。而在100k以上的数据中，Memcached性能要高于Redis，虽然Redis最近也在存储大数据的性能上进行优化，但是比起 Memcached，还是稍有逊色。

2）内存使用效率对比：使用简单的key-value存储的话，Memcached的内存利用率更高，而如果Redis采用hash结构来做key-value存储，由于其组合式的压缩，其内存利用率会高于Memcached。

3）Redis支持服务器端的数据操作：Redis相比Memcached来说，拥有更多的数据结构和并支持更丰富的数据操作，通常在Memcached 里，你需要将数据拿到客户端来进行类似的修改再set回去。这大大增加了网络IO的次数和数据体积。在Redis中，这些复杂的操作通常和一般的 GET/SET一样高效。所以，如果需要缓存能够支持更复杂的结构和操作，那么Redis会是不错的选择。