【Redis】四、Redis设计原理及相关问题

（六）Redis设计原理及相关问题

  通过前面关于Redis五种数据类型、相关高级特性以及一些简单示例的使用，对Redis的使用和主要的用途应该有所掌握，但是还有一些原理性的问题我们在本部分做一个探讨。

  本部分参考了一些其他博客，在文后的参考链接中注明，特此说明。

1、Redis与mysql的区别

  Redis是一种Key-value型的存储数据库，我们自然有一个疑惑，我们早已会用类似于mysql这样的关系型数据库了，那么他们之间有什么区别，为什么还要用Redis。

  （1）数据库类型不同

  mysql是我们熟知的关系型数据库，数据严格存储在表格的行和列中，面向的是结构化的数据。而Redis是一种非关系型数据库，属于一种NoSQL数据库，除了结构化数据，还可以存储半结构化和非结构化的数据，比如我们在数据类型中提到，字符串可以存储任何数据，比如jpg图片或者序列化的对象。

  （2）运行机制不同

  mysql主要用于存放持久化的数据，将数据存放在硬盘中，读取速度比较慢，适合存放大数据。Redis的数据保存在缓存中，缓存的读取速度快，效率高，要存放大量数据需要进行分区和横向扩展。另外，Redis天生就是适合分布式存储的，可以动态的横向扩展。

  mysql在每次访问数据库时，都存在着复杂的I/O操作，在连接数据库上花费大量时间，效率比较慢。Redis的数据本身就在缓存中，可以用于存储使用频繁的热数据，不会产生复杂的I/O。

  （3）面向的需求不同

  mysql面向大量数据的持久化存储，由于关系型数据库的优势，适合用于多表联合查询等。Redis由于缓存容量有限，只可以作为一个减轻数据库压力的缓冲和少量热数据存储的数据库。因此，实际上，很多情况下是mysql和Redis联合使用，redis存储使用频繁的数据，这样减少访问数据库的次数，提高运行效率。

  （4）性能差异明显

  关系型数据库为了维护数据的一致性付出了巨大的代价，读写性能比较差。在面对高并发读写性能非常差，面对海量数据的时候效率非常低。而Nosql存储的格式都是key-value类型的，并且存储在内存中，非常容易存储，而且对于数据的 一致性是 弱要求。Nosql无需sql的解析，提高了读写性能。

2、为什么使用Redis

  关于为什么使用Redis，感觉有一篇博客讲的比较好，这里借用其中的两幅图(参考链接中注明)。

  使用Redis主要考虑到的是两个因素：性能和并发。

  （1）高性能

  在碰到需要执行耗时特别久，且结果不频繁变动的SQL，就特别适合将运行结果放入缓存。这样，后面的请求就去缓存中读取，使得请求能够迅速响应。

  （2）高并发

  在大并发的情况下，所有的请求直接访问数据库，数据库会出现连接异常。这个时候，就需要使用redis做一个缓冲操作，让请求先访问到redis，而不是直接访问数据库。

3、Redis为什么“快”

  (1) 绝大部分请求是纯粹的内存操作（非常快速）

  (2) 采用单线程,避免了不必要的上下文切换和竞争条件

  (3) 非阻塞多路IO复用

4、Redis的单线程机制

  单线程指的是网络请求模块使用了一个线程（所以不需考虑并发安全性），即一个线程处理所有网络请求，其他模块仍用了多个线程。

  这个可能不太好理解，单线程怎么还比多线程快了呢，这是因为Redis的性能瓶颈在内存的大小和网络的带宽，重点是Redis存储在内存，不涉及I/O操作，（只有在有I/O操作的时候，线程因为I/O而阻塞，此时将CPU让给别的线程会达到比较好的性能），所以Redis几乎不涉及任何的外部I/O，因此，单线程是最快的。

5、Redis的多路I/O复用

  IO多路复用是用来解决对多个I/O监听时,一个I/O阻塞影响其他I/O的问题,跟多线程没关系。跟多线程相比较,线程切换需要切换到内核进行线程切换,需要消耗时间和资源.而I/O多路复用不需要切换线/进程,效率相对较高,特别是对高并发的应用nginx就是用I/O多路复用,故而性能极佳.但多线程编程逻辑和处理上比I/O多路复用简单.而I/O多路复用处理起来较为复杂。

  这个理解较难，可以参考文后给出的链接。

6、redis的过期策略以及内存淘汰机制

  redis采用的是定期删除+惰性删除策略。

  定期删除，redis默认每个100ms检查，是否有过期的key,有过期key则删除。需要说明的是，redis不是每个100ms将所有的key检查一次，而是随机抽取进行检查(如果每隔100ms,全部key进行检查，redis岂不是卡死)。因此，如果只采用定期删除策略，会导致很多key到时间没有删除。于是，惰性删除派上用场。也就是说在你获取某个key的时候，redis会检查一下，这个key如果设置了过期时间那么是否过期了？如果过期了此时就会删除。

  如果定期删除没删除key。然后你也没即时去请求key，也就是说惰性删除也没生效。这样，redis的内存会越来越高。那么就应该采用内存淘汰机制。

  在redis.conf中有一行配置maxmemory-policy allkeys-lru,该配置就是配内存淘汰策略的。
  1）noeviction：当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。

  2）allkeys-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的key。推荐使用。

  3）allkeys-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个key。

  4）volatile-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的key。

  5）volatile-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个key。

  6）volatile-ttl：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的key优先移除。

参考链接（本文大多内容参考其他博客，特此注明）：

https://www.cnblogs.com/zxh1297/p/9394108.html

https://www.cnblogs.com/bigben0123/p/9115597.html

https://www.jianshu.com/p/9b71f8ee6e28

作者：itcats_cn
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/itcats_cn/article/details/82391719