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Redis为何这么快——数据存储角度

mhr18 2024-11-03 13:40 33 浏览 0 评论

一、简介和应用

Redis是一个由ANSI C语言编写,性能优秀、支持网络、可持久化的K-K内存数据库并提供多种语言的API。它常用的类型主要是 String、List、Hash、Set、ZSet 这5种

Redis在互联网公司一般有以下应用:

String:缓存、限流、计数器、分布式锁、分布式Session

Hash:存储用户信息、用户主页访问量、组合查询

List:微博关注人时间轴列表、简单队列

Set:赞、踩、标签、好友关系

Zset:排行榜

再比如电商在大促销时,会用一些特殊的设计来保证系统稳定,扣减库存可以考虑如下设计:

上图中,直接在Redis中扣减库存,记录日志后通过Worker同步到数据库,在设计同步Worker时需要考虑并发处理和重复处理的问题。

通过上面的应用场景可以看出Redis是非常高效和稳定的,那Redis底层是如何实现的呢?

String

字符串对象的底层实现可以是int、raw、embstr(上面的表对应有名称介绍)。embstr编码是通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间,而raw需要调用两次。

int编码字符串对象和embstr编码字符串对象在一定条件下会转化为raw编码字符串对象。embstr:<=39字节的字符串。int:8个字节的长整型。raw:大于39个字节的字符串。

简单动态字符串(SDS),这种结构更像C++的String或者Java的ArrayList<Character>,长度动态可变:

struct sdshdr {

// buf 中已占用空间的长度

int len;

// buf 中剩余可用空间的长度

int free;

// 数据空间

char buf[]; // ’’空字符结尾

};

get:sdsrange---O(n)

set:sdscpy—O(n)

create:sdsnew---O(1)

len:sdslen---O(1)

常数复杂度获取字符串长度:因为SDS在len属性中记录了长度,所以获取一个SDS长度时间复杂度仅为O(1)。

预空间分配:如果对一个SDS进行修改,分为一下两种情况:

SDS长度(len的值)小于1MB,那么程序将分配和len属性同样大小的未使用空间,这时free和len属性值相同。举个例子,SDS的len将变成15字节,则程序也会分配15字节的未使用空间,SDS的buf数组的实际长度变成15+15+1=31字节(额外一个字节用户保存空字符)。

SDS长度(len的值)大于等于1MB,程序会分配1MB的未使用空间。比如进行修改之后,SDS的len变成30MB,那么它的实际长度是30MB+1MB+1byte。

惰性释放空间:当执行sdstrim(截取字符串)之后,SDS不会立马释放多出来的空间,如果下次再进行拼接字符串操作,且拼接的没有刚才释放的空间大,则那些未使用的空间就会排上用场。通过惰性释放空间避免了特定情况下操作字符串的内存重新分配操作。

杜绝缓冲区溢出:使用C字符串的操作时,如果字符串长度增加(如strcat操作)而忘记重新分配内存,很容易造成缓冲区的溢出;而SDS由于记录了长度,相应的操作在可能造成缓冲区溢出时会自动重新分配内存,杜绝了缓冲区溢出。

四、List

List对象的底层实现是quicklist(快速列表,是ziplist 压缩列表 和linkedlist 双端链表 的组合)。Redis中的列表支持两端插入和弹出,并可以获得指定位置(或范围)的元素,可以充当数组、队列、栈等。

typedef struct listNode {

// 前置节点

struct listNode *prev;

// 后置节点

struct listNode *next;

// 节点的值

void *value;

} listNode;

typedef struct list {

// 表头节点

listNode *head;

// 表尾节点

listNode *tail;

// 节点值复制函数

void *(*dup)(void *ptr);

// 节点值释放函数

void (*free)(void *ptr);

// 节点值对比函数

int (*match)(void *ptr, void *key);

// 链表所包含的节点数量

unsigned long len;

} list;

rpush: listAddNodeHead ---O(1)

lpush: listAddNodeTail ---O(1)

push:listInsertNode ---O(1)

index : listIndex ---O(N)

pop:ListFirst/listLast ---O(1)

llen:listLength ---O(N)

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