Redis系列文章

Redis（一）原理及基本命令（柔性数组）
Redis（二）网络协议和异步方式（乐观锁&悲观锁）
Redis（三）存储原理与数据模型（hash冲突、渐进式rehash）
Redis跳表

文章目录

Redis系列文章
一、redis网络模型
- redis的单线程
二、redis pipeline
三、redis事务
- 事务相关指令
- 监听机制原理
ACID特性分析
lua脚本
- lua脚本指令
异步机制

一、redis网络模型

redis是基于reactor模式设计的内存数据库。
使用reactor模型的好处：

使用 I/O 多路复用来实现对外部请求的处理，可以减少网络连接和读写等待时间。
在网络 I/O 操作中能并发处理大量的客户端请求，实现高吞吐率，高并发。

redis的单线程

redis 单线程是指其网络事件处理模块是单线程，即指令的执行是在单线程上操作。但是其包括IO读取，网络IO操作都是通过多线程执行的。

执行模块单线程的优点：

采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件；不存在多线程导致的切换而消耗CPU
不用考虑各种锁的问题，不存在加锁和释放锁的的操作，没有因为可能出现的死锁而导致的性能消耗
简单可维护，多线程模式会使得程序的编写更加复杂和麻烦，单线程实现易实现

原因：

redis主要的瓶颈还是在网络IO上，所以在网络IO仍然可以使用多线程接收，发送数据。
但是redis的数据操作是在内存上，存内存操作的速度还是非常快的，不需要使用多线程来处理。
并且多线程还有加锁、切换上下文等情景，可能效率还没有单线程高。
而MySQL由于操作数据是磁盘IO，所以MySQL是采用多线程，会涉及到多线程并发的情况。

二、redis pipeline

redis pipeline 是一个客户端提供的机制，指将多个命令打包同时发送给redis服务端.

例如多个连续的incr指令，使用pipeline（管道）后，多个连续的incr指令会被统一写到发送缓冲区，只会花费一次网络来回开销，这个开销会随着n数值的增大，大幅减少网络io开销，从而提升整体服务的性能。
但是当发送缓冲区或者接收缓冲区满了的话，也会导致阻塞。导致客户端负载过重，整个请求时间变长。所以在使用pipeline时需要注意发送指令的大小。

三、redis事务

事务：用户定义一系列数据库操作，这些操作视为一个完整的逻辑处理工作单元，要么全部执行，要么全部不执行，是不可分割的工作单元。
事务提供了一种将多个命令打包，然后一次性有序（FIFO）执行的机制

事务相关指令

功能	Redis	Mysql
开启事务	MULTI	begin / start transaction
提交事务	EXEC	commit
取消事务	DISCARD	rollback
监听	WATCH

MySQL中没有监听功能；watch是redis独有的其功能是检测 key 的变动；
若在事务执行中，key 变动则取消事务；需要在事务开启前调用，乐观锁实现（cas机制）;若被取消则事务返回 nil;

乐观锁&悲观锁

悲观锁在执行时，会将其他处理数据库的请求拦截，使其他请求等待。在mysql中增删改操作、select for update 语句都是悲观锁
乐观锁在执行时，不会将数据锁住，其他客户端可以修改数据，当数据被修改了，本地就不更新，返回失败。

在这里插入图片描述
可以从例子看出上述事务逻辑是乐观锁实现，失败需要重试，增加特务逻辑的复杂度。

监听机制原理

监控机制触发：所有对数据库进行修改的命令，如SET、LPUSH、SADD、ZREM、DEL、FLUSHDB等，在执行之后都会调用multi.c/touchWatchKey函数对watched_keys字典进行检查，查看是否有客户端正在监视刚刚被命令修改过的key，有的话touchWatchKey函数会将监视的客户端的REDIS_DIRTY_CAS标识打开，表示该客户端事物安全性已经被破坏。
判断事物是否安全：当服务器接收到一个客户端发来的EXEC命令时，服务器将会根据这个客户端是否打开REDIS_DIRTY_CAS标识来决定是否执行事物。

在实际工程应用中一般不会用到上述的事务操作。更多的使用脚本执行，例如lua 脚本。在了解lua脚本之前先熟悉一下ACID特性。

ACID特性分析

A 原子性：事务是一个不可分割的工作单位，事务中的操作要么全部成功，要么全部失败；redis 不支持回滚；即使事务队列中的某个命令在执行期间出现了错误，整个事务也会继续执行下去，直到将事务队列中的所有命令都执行完毕为止。
C 一致性：事务的前后，所有的数据都保持一个一致的状态，不能违反数据的一致性检测；这里的一致性是指预期的一致性而不是异常后的一致性；所以 redis 也不满足；这个争议很大：redis 能确保事务执行前后的数据的完整约束；但是并不满足业务功能上的一致性；比如转账功能，一个扣钱一个加钱；可能出现扣钱执行错误，加钱执行正确，那么最终还是会加钱成功；系统凭空多了钱；
I 隔离性：各个事务之间互相影响的程度；redis 是单线程执行，天然具备隔离性；
D 持久性：redis 只有在 aof 持久化策略的时候，并且需要在 redis.conf 中 appendfsync=always 才具备持久性；实际项目中几乎不会使用 aof 持久化策略；

redis天然只满足一致性和隔离性。原子性和持久性不满足。

lua脚本

lua脚本具备原子性；不具备一致性，出现错误不会回滚。同样满足隔离性；持久性不满足。 lua 脚本实现原子性；
redis 中加载了一个 lua 虚拟机；用来执行 redis lua 脚本；
redis lua 脚本的执行是原子性的；当某个脚本正在执行的时候，不会有其他命令或者脚本被执行；
lua 脚本当中的命令会直接修改数据状态；

lua脚本指令

 测试使用
EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]
# 线上使用
EVALSHA sha1 numkeys key [key ...] arg [arg ...]

注意：如果项目中使用了 lua 脚本，可以不需要使用上面的事务命令；
例如：
在这里插入图片描述

异步机制

redis执行命令是在单线程上执行的，且命令结果需要立即返回，所以采用同步IO形式。

但是有些Redis命令不需要等待执行结果，就可以直接返回，例如键值对的删除、清楚数据库等，这类操作就可以采用异步机制。

Redis提供了异步线程机制：
Redis启动时会启动一些子线程，让后将一些任务交给子线程在后台完成，而不需要主线程去执行。这样就可以减轻主线程压力，避免一些阻塞任务降低redis性能。
在这里插入图片描述
主线程接收到操作 1 后，操作 1 并不用给客户端返回具体的数据，主线程可以把它交给后台子线程来完成，同时只要给客户端返回一个“OK”结果就行。
在子线程执行操作 1 的时候，客户端又向 Redis 实例发送了操作 2，客户端是需要使用操作 2 返回的数据结果的，如果操作 2 不返回结果，那么客户端将一直处于等待状态。