2023.12.21 关于 Redis 常用数据结构和单线程模型

news2025/1/26 15:32:27

各数据结构具体编码方式

查看 key 对应 value 的编码方式

Reids 单线程模型

经典面试题

IO 多路复用

Redis 常用数据结构

Redis 中所有的 key 均为 String 类型，而不同的是 value 的数据类型却有很多种
以下介绍 5 种 value 常见的数据类型

注意：

上述的有序集合相当于是除了存储 member 之外，还需要存储一个 score
而此处的 socre（分数）相当于有序集合的权重

各数据结构具体编码方式

Redis 是一种非关系型的数据库，它的底层实现了一些特定的优化，即通过选择合适的数据结构和编码方式，以便达到节省时间和空间的效果

实例理解

Redis 在实现哈希表时可能会根据特定的场景和需求选择使用不同的数据结构，而不仅仅是标准的哈希表
但是无论使用哪种数据结构，Redis 都承诺查询、插入、删除操作的时间复杂度为 O(1)

数据结构：

redis 承诺给你提供使用的，也可以理解成数据类型

编码方式：

redis 数据结构内部底层的实现
同一个数据结构可能背后的编码方式是不同的，会根据特定场景优化

注意：

redis 会自动根据当前的实际情况来选择内部编码方式，即自适应
那么是否要记住什么情况下使用什么编码方式呢？
只记思想，不记数字，记数字没有任何意义

原因：

数字都是可自行配置的
数字是怎么来的，这点需要考证清楚
相比于知道数字，更重要的是知道数字是怎么得到的，就可以根据所处的实际场景，重新得到这样的数字

正确做法：

根据实际的测试结果，测试出一个更合适的数值

查看 key 对应 value 的编码方式

语法：
object encoding key 
实例理解

Reids 单线程模型

redis 只使用一个线程，处理所有的命令请求
不是说一个 redis 服务器进程内部真的就只有一个线程
其实也有多个线程，多个线程是在处理网络 IO

实例理解

假设有多个客户端，同时操作一个 redis 服务器，且这两个客户端并发的发起请求

在多线程场景下，针对类似于这样的情形
即两个线程尝试同时对同一个变量进行自增操作，虽然表面上看是自增两次，但实际上可能只自增了一次
但是由图可知我们的 redis 服务器并不会存在类似的线程安全问题

原因：

Redis 服务器实际上是单线程模型
即保证了服务器收到多个请求时，并会并发执行这多个请求，而是串行/顺序执行

补充：

Redis 之所以能够使用单线程模型也能很好的工作，其原因主要在于 Redis 的核心业务逻辑都是短平快的
短指的是 Redis 的每个操作都很简单，平指的是 Redis 的操作都很稳定，快指的是 Redis 的操作都很快
所以 Redis 不太需要消耗 CPU 资源，从而也就不太需要利用多核来提高效率了

弊端：

Redis 必须要特别小心某个操作占用时间长，其可能会阻塞其他命令的执行

经典面试题

redis 虽然是单线程模型，但为啥效率这么高呢？速度这么快呢？

注意：

此时我们的参照物是相对于数据库而言

1、redis 访问内存，而数据库访问的是硬盘

内存的访问速度要远远大于硬盘的访问速度

2、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均支持更复杂的功能
这样的功能必然需要花费更多的开销，比如针对插入删除，加之数据库中的各种约束，这都会使数据库做更多额外的工作
redis 干的活少，因此 redis 所提供的功能相较于 mysql 也是少了很多

3、单线程模型，避免了一些不必要的线程竞争开销

redis 的每个操作基本都是短平快的，即简单操作一下内存数据，并不需要消耗大量的 cpu 资源
所以就算搞个多线程，对效率的提升也是不大

4、处理网络 IO 的时候，使用了 epoll 这样的 IO 多路复用机制

IO 多路复用本质上为一个线程可以管理多个 socket

实例理解

针对 TCP 来说，每当服务器要服务一个客户端时均需要给该客户端安排一个 socket
一个服务器服务多个客户端时，便会有多个 socket

问题：

这些 socket 上都是无时不刻的在传输数据吗？

具体理解：

很多情况下，每个客户端和服务器之间的通信并不会特别频繁
所以多数 socket 大部分时间都是静默的，即没有数据需要进行传输

实际情况：

综上所述对于 TCP 服务器来说，大部分 socket 都是静默的，仅只有少数 socket 是活跃的，即会进行数据传输
消耗大量系统资源的同时，大量的线程占着茅坑不拉屎，由此可见效率十分低下

IO 多路复用

基于上述的场景，便有了 IO 多路复用机制，即一个线程来处理多个 socket
这是操作系统给程序员提供的机制
同时操作系统也提供了一套 API ，其内部的功能均由操作系统内核实现的

Linux 上提供的 IO 多路复用，主要是三套 API （select、poll、epoll），其中 epoll 的运行效率最高

实例理解：

此时我晚饭想吃三样美食，均在同一条街道上

方案一：

一个一个买

相当于单线程串行执行，效率最低

方案二：

我喊了两个好友，来帮我一起买

相当于多线程并行执行，效率大大提升，但是系统开销大了

方案三：

我一个人来买，但是我买的时候不再干等着了

此时相当于一个线程同时做三件事
能高效完成这三件事的前提是这三件事的交互都不频繁，大部分时间都在等待！
此处的 ' 哪样美食好了哪个老板就喊我一声 ' 相当于 epoll，即事件通知/回调机制

注意：

如果这三件事情都是交互特别频繁的，还是需多引入几个线程，否则一个线程就容易忙不过来

补充：

Java 可以使用 NIO （标准库提供的一组类，底层就是封装了 epoll）