基于REIDS緩存框架的分析與實(shí)踐

馬 冰 姜學(xué)軍 史海洋

（沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽110159）

1 特性

Redis是一個高性能的key-value數(shù)據(jù)庫。redis的出現(xiàn)，很大程度補(bǔ)償了memcached這類key/value存儲的不足，在部分場合可以對關(guān)系數(shù)據(jù)庫起到很好的補(bǔ)充作用。它提供了Java，C/C++，C#，PHP，JavaScript，Perl，Object-C，Python，Ruby，Erlang等客戶端，使用很方便[1]。它有以下幾個特點(diǎn)：

1.1 速度快

Redis使用標(biāo)準(zhǔn)C編寫實(shí)現(xiàn)，而且數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存上，所以讀寫速度非常快。官方提供的數(shù)據(jù)表明，普通的Linux機(jī)器上，Redis的讀寫速度分別達(dá)到81000/s和110000/s。

Redis使用單線程的IO復(fù)用模型。自己封裝了一個簡單的AeEvent事件處理框架，主要實(shí)現(xiàn)了epoll，kqueue和select，對于單純只有IO操作來說，單線程可以將速度優(yōu)勢發(fā)揮到最大。

1.2 持久化

由于所有數(shù)據(jù)保存于內(nèi)存中，所以對數(shù)據(jù)的更新將異步地保存到磁盤上。

1.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

相比于其他內(nèi)存型數(shù)據(jù)庫，Redis不只支持字符串類型，而是支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。目前支持5種。分別為string（字符串）、hash（hash表）、list（雙向鏈表）、set（無序集合）、zset（有序集合）。

1.4 自動操作

Redis對不同數(shù)據(jù)類型操作時自動的，因此設(shè)置或增加key，從一個集合中增加或刪除一個元素都能安全的操作。

1.5 支持多種語言

Redis支持多種語言，諸如Ruby，Python，PHP，ErLang，Perl，Lua，Java，Scala等。

1.6 主-從復(fù)制

Redis支持簡單而快速的主從復(fù)制。官方提供數(shù)據(jù)，Slave在21秒內(nèi)即完成了Amazon網(wǎng)站10Gkey Set的復(fù)制。

1.7 Sharding

目前只支持PHP，Ruby，Scala語言的Sharding功能。

2 適應(yīng)場景

1）小數(shù)據(jù)量，高速讀寫訪問。

2）大數(shù)據(jù)量，有明顯熱點(diǎn)數(shù)據(jù)。

3）大數(shù)據(jù)量，無熱點(diǎn)數(shù)據(jù)。

4）所有數(shù)據(jù)in-memory。

3 源碼分析

4 比較MySQL與Redis存取效率比較

（代碼都是用java語言完成，數(shù)據(jù)庫操作采用MyBatis框架，Redis操作使用Spring提供的方法）

4.1 存儲性能比較

4.2 查詢性能比較

4.3 最后結(jié)果與分析

表1 執(zhí)行五次來進(jìn)行比較兩者的時間（毫秒）

可見，redis的存取性能要極大程度優(yōu)于數(shù)據(jù)庫，所以在應(yīng)用中合適的使用redis，能極大提升產(chǎn)品性能。

Redis存取速度快的原因分析如下：

4.3.1 純內(nèi)存操作

Redis所有數(shù)據(jù)存儲于內(nèi)存中，內(nèi)存中的操作速度比磁盤快的多。

4.3.2 Redis的存取底層使用異步非阻塞IO

系統(tǒng)I/O可分為阻塞型,非阻塞同步型以及非阻塞異步型。

阻塞型I/O意味著控制權(quán)只到調(diào)用操作結(jié)束了才會回到調(diào)用者手里.結(jié)果調(diào)用者被阻塞了,這段時間了做不了任何其它事情。

非阻塞同步是會立即返回控制權(quán)給調(diào)用者的。調(diào)用者不需要等等，它從調(diào)用的函數(shù)獲取兩種結(jié)果：要么此次調(diào)用成功進(jìn)行了；要么系統(tǒng)返回錯誤標(biāo)識告訴調(diào)用者當(dāng)前資源不可用，你再等等或者再試度看吧。

在非阻塞異步調(diào)用中，稍有不同。調(diào)用函數(shù)在立即返回時，還告訴調(diào)用者，這次請求已經(jīng)開始了。系統(tǒng)會使用另外的資源或者線程來完成這次調(diào)用操作，并在完成的時候知會調(diào)用者（比如通過回調(diào)函數(shù)）[2]。

In a non-blocking asynchronous call，the calling function returns control to the caller immediately，reporting that the requested action was started.The calling system will execute the caller’s request using additional system resources/threads and will notify the caller（by callback for example），when the result is ready for processing。[3]

在以上三種IO形式中，非阻塞異步是性能最高、伸縮性最好的。

4.3.3 采用Epoll接口實(shí)現(xiàn)IO復(fù)用

與epoll模式相比較，有select模式，select模式是采用輪詢的方式，來檢測所有socket的狀態(tài)，當(dāng)有很大的socket集時，即使有小部分是活躍的，內(nèi)核也需要把整個集合輪詢才能知道所有socket的狀態(tài)變化，而epoll模式是在創(chuàng)建時即對需要關(guān)注的socket注冊事件，當(dāng)某一個監(jiān)聽的socket有狀態(tài)變化，就將其保存到一個內(nèi)部數(shù)組中，當(dāng)應(yīng)用層需要檢測時直接返回該數(shù)組，不需要對所有socket逐一檢查，所以epoll模式的性能優(yōu)于select模式。

5 Redis實(shí)踐

5.1 有存活時間的數(shù)據(jù)存于redis中

需要設(shè)置數(shù)據(jù)的一定存活時間。例如找回密碼功能，用戶需要填寫郵箱，然后發(fā)送一個連接到用戶郵箱中，該連接是有時間限制，半小時后即失效。此時就可以利用redis存儲數(shù)據(jù)可以設(shè)置有效時間的功能。并且不需要存儲于數(shù)據(jù)庫，讀取redis的效率更高。

讀取時直接在redis中查詢key為"redis.global.forgetPass"，如果有值則說明未超時，為空則說明連接失效。

5.2 系統(tǒng)設(shè)置（基本不會變化數(shù)據(jù)存于redis中）

一些全局的系統(tǒng)設(shè)置，基本上都是在第一次啟動應(yīng)用的時候設(shè)置，以后就不會再修改的數(shù)據(jù)，可以存于redis中，設(shè)置不自動失效。

5.3 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)庫主鍵ID當(dāng)成key或者一些層級關(guān)系生成redis存儲的key，將整個數(shù)據(jù)對象存儲于redis，極大的減少數(shù)據(jù)庫查詢次數(shù)，提高應(yīng)用性能。

例如：數(shù)據(jù)的層級為 代理商→租戶→用戶 則用戶可以在redis中存儲的數(shù)據(jù)為

Key:redis.user.partnerId.customerId.userId

Value:user的數(shù)據(jù)對象

e.g.redis.user.1.33.21 redis.user.3.42.13。

［1］百度百科.Redis[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/4595959.htm，2014.

［2］veryDemo.兩種高性能I/O設(shè)計模式（Reactor/Proactor）的比較[Z].2005.

［3］Artima developer.Comparing Two High-Performance I/ODesign Patterns[Z].2005.