基于REIDS緩存框架的分析與實踐

馬 冰 姜學軍 史海洋

（沈陽理工大學，遼寧 沈陽110159）

1 特性

Redis是一個高性能的key-value數據庫。redis的出現，很大程度補償了memcached這類key/value存儲的不足，在部分場合可以對關系數據庫起到很好的補充作用。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：

1.1 速度快

Redis使用標準C編寫實現，而且數據加載到內存上，所以讀寫速度非常快。官方提供的數據表明，普通的Linux機器上，Redis的讀寫速度分別達到81000/s和110000/s。

Redis使用單線程的IO復用模型。自己封裝了一個簡單的AeEvent事件處理框架，主要實現了epoll，kqueue和select，對于單純只有IO操作來說，單線程可以將速度優勢發揮到最大。

1.2 持久化

由于所有數據保存于內存中，所以對數據的更新將異步地保存到磁盤上。

1.3 數據結構

相比于其他內存型數據庫，Redis不只支持字符串類型，而是支持多種數據結構。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對不同數據類型操作時自動的，因此設置或增加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-從復制

Redis支持簡單而快速的主從復制。官方提供數據，Slave在21秒內即完成了Amazon網站10Gkey Set的復制。

1.7 Sharding

目前只支持PHP，Ruby，Scala語言的Sharding功能。

2 適應場景

1）小數據量，高速讀寫訪問。

2）大數據量，有明顯熱點數據。

3）大數據量，無熱點數據。

4）所有數據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，數據庫操作采用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 最后結果與分析

表1 執行五次來進行比較兩者的時間（毫秒）

可見，redis的存取性能要極大程度優于數據庫，所以在應用中合適的使用redis，能極大提升產品性能。

Redis存取速度快的原因分析如下：

4.3.1 純內存操作

Redis所有數據存儲于內存中，內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意味著控制權只到調用操作結束了才會回到調用者手里.結果調用者被阻塞了,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給調用者的。調用者不需要等等，它從調用的函數獲取兩種結果：要么此次調用成功進行了；要么系統返回錯誤標識告訴調用者當前資源不可用，你再等等或者再試度看吧。

在非阻塞異步調用中，稍有不同。調用函數在立即返回時，還告訴調用者，這次請求已經開始了。系統會使用另外的資源或者線程來完成這次調用操作，并在完成的時候知會調用者（比如通過回調函數）[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接口實現IO復用

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，當有很大的socket集時，即使有小部分是活躍的，內核也需要把整個集合輪詢才能知道所有socket的狀態變化，而epoll模式是在創建時即對需要關注的socket注冊事件，當某一個監聽的socket有狀態變化，就將其保存到一個內部數組中，當應用層需要檢測時直接返回該數組，不需要對所有socket逐一檢查，所以epoll模式的性能優于select模式。

5 Redis實踐

5.1 有存活時間的數據存于redis中

需要設置數據的一定存活時間。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存儲數據可以設置有效時間的功能。并且不需要存儲于數據庫，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 系統設置（基本不會變化數據存于redis中）

一些全局的系統設置，基本上都是在第一次啟動應用的時候設置，以后就不會再修改的數據，可以存于redis中，設置不自動失效。

5.3 業務數據

所有業務數據，可以通過數據庫主鍵ID當成key或者一些層級關系生成redis存儲的key，將整個數據對象存儲于redis，極大的減少數據庫查詢次數，提高應用性能。

例如：數據的層級為 代理商→租戶→用戶 則用戶可以在redis中存儲的數據為

Key:redis.user.partnerId.customerId.userId

Value:user的數據對象

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設計模式（Reactor/Proactor）的比較[Z].2005.

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