1、什么是redis？它主要用來干什么的？

Redis，英文全稱是Remote Dictionary Server（遠(yuǎn)程字典服務(wù)），是一個開源的使用ANSI C語言編寫、支持網(wǎng)絡(luò)、可基于內(nèi)存亦可持久化的日志型、Key-Value數(shù)據(jù)庫，并提供多種語言的API。

與MySQL數(shù)據(jù)庫不同的是，Redis的數(shù)據(jù)是存在內(nèi)存中的。它的讀寫速度非?？?，每秒可以處理超過10萬次讀寫操作。因此redis被廣泛應(yīng)用于緩存，另外，Redis也經(jīng)常用來做分布式鎖。除此之外，Redis支持事務(wù)、持久化、LUA 腳本、LRU 驅(qū)動事件、多種集群方案。

知道redis是什么后，接下來我們來說一說redis為什么這么快。

2、redis為什么這么快？

我們來一個一個說明！

基于內(nèi)存存儲實現(xiàn)

計算機(jī)專業(yè)的同學(xué)我們都知道內(nèi)存讀寫是要比磁盤快很多的，Redis是基于內(nèi)存實現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫，相對于數(shù)據(jù)存在磁盤的mysql等數(shù)據(jù)庫，省去了磁盤I/O的消耗。

高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

我們都知道，mysql索引為了提高效率，選擇了B+樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對于一個應(yīng)用場景來說合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以讓你的應(yīng)用或者程序更快。我們來看看Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)–內(nèi)部編碼圖：

String ： 動態(tài)字符串SDS
List: 雙端鏈表LinkedList+壓縮鏈表ziplist
Hash: 壓縮鏈表ziplist+字典哈希表hashtable
Set: hashtable(+inset)
Zset: 壓縮鏈表ziplist+跳表skiplist

我們來說一說這幾種內(nèi)部編碼：

1、SDS簡單動態(tài)字符串

我們來和C語言中的char[ ]對比下

字符串長度處理： Redis獲取字符串長度，時間復(fù)雜度為O（1），而C語言中，需要從頭遍歷，復(fù)雜度為O（N）。

空間預(yù)分配： 字符串修改越頻繁的話，內(nèi)存分配就越頻繁，就會很消費(fèi)性能，而SDS修改和空間擴(kuò)充，會額外分配未使用的空間，減少性能損耗。

惰性空間釋放： SDS縮短時，不是回收多余的內(nèi)存空間，而是free記錄下多余的空間，后續(xù)有變更，直接使用free中記錄的空間，減少分配。

二進(jìn)制安全： Redis可以存儲一些二進(jìn)制數(shù)據(jù)，在C語言中字符串遇到'/0'會結(jié)束，而SDS中標(biāo)志字符串結(jié)束的是len屬性。

2、字典

Redis 作為 K-V 型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，所有的鍵值就是用字典來存儲。字典就是哈希表，比如HashMap，通過key就可以直接獲取到對應(yīng)的value。而哈希表的特性，在O（1）時間復(fù)雜度就可以獲得對應(yīng)的值。

3、跳表

跳表是Redis特有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是在鏈表的基礎(chǔ)上，增加多級索引提升查找效率。
跳表支持平均O（logN）,最壞O（N）復(fù)雜度的節(jié)點查找，還可以通過順序性操作。

合理的數(shù)據(jù)編碼

Redis 支持多種數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型，每種基本類型，可能對多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。什么時候,使用什么樣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使用什么樣編碼，是redis設(shè)計者總結(jié)優(yōu)化的結(jié)果。

String： 如果存儲數(shù)字的話，是用int類型的編碼;如果存儲非數(shù)字，小于等于39字節(jié)的字符串，是embstr；大于39個字節(jié)，則是raw編碼。
List： 如果列表的元素個數(shù)小于512個，列表每個元素的值都小于64字節(jié)（默認(rèn)），使用ziplist編碼，否則使用linkedlist編碼
Hash： 哈希類型元素個數(shù)小于512個，所有值小于64字節(jié)的話，使用ziplist編碼,否則使用hashtable編碼。
Set： 如果集合中的元素都是整數(shù)且元素個數(shù)小于512個，使用intset編碼，否則使用hashtable編碼。
Zset： 當(dāng)有序集合的元素個數(shù)小于128個，每個元素的值小于64字節(jié)時，使用ziplist編碼，否則使用skiplist（跳躍表）編碼。

合理的線程模型

1、I/O多路復(fù)用

多路I/O復(fù)用技術(shù)可以讓單個線程高效的處理多個連接請求，而Redis使用用epoll作為I/O多路復(fù)用技術(shù)的實現(xiàn)。并且，Redis自身的事件處理模型將epoll中的連接、讀寫、關(guān)閉都轉(zhuǎn)換為事件，不在網(wǎng)絡(luò)I/O上浪費(fèi)過多的時間。

2、什么是I/O多路復(fù)用？

I/O ： 網(wǎng)絡(luò) I/O
多路 ： 多個網(wǎng)絡(luò)連接
復(fù)用： 復(fù)用同一個線程。
IO多路復(fù)用其實就是一種同步IO模型，它實現(xiàn)了一個線程可以監(jiān)視多個文件句柄；一旦某個文件句柄就緒，就能夠通知應(yīng)用程序進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作；而沒有文件句柄就緒時,就會阻塞應(yīng)用程序，交出cpu。

3、單線程模型

Redis是單線程模型的，而單線程避免了CPU不必要的上下文切換和競爭鎖的消耗。也正因為是單線程，如果某個命令執(zhí)行過長（如hgetall命令），會造成阻塞。Redis是面向快速執(zhí)行場景的數(shù)據(jù)庫。，所以要慎用如smembers和lrange、hgetall等命令。

Redis 6.0 引入了多線程提速，它的執(zhí)行命令操作內(nèi)存的仍然是個單線程。

虛擬內(nèi)存機(jī)制

redis直接自己構(gòu)建了VM機(jī)制，不會像一般的系統(tǒng)會調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)處理，會浪費(fèi)一定的時間去移動和請求。

Redis的虛擬內(nèi)存機(jī)制是啥呢？

虛擬內(nèi)存機(jī)制就是暫時把不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)(冷數(shù)據(jù))從內(nèi)存交換到磁盤中，從而騰出寶貴的內(nèi)存空間用于其它需要訪問的數(shù)據(jù)(熱數(shù)據(jù))。通過VM功能可以實現(xiàn)冷熱數(shù)據(jù)分離，使熱數(shù)據(jù)仍在內(nèi)存中、冷數(shù)據(jù)保存到磁盤。這樣就可以避免因為內(nèi)存不足而造成訪問速度下降的問題。

以上就是Redis高效原因及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Redis的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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