硬核!15张图解Redis为什么这么快 (2)

头节点里同时还有一个参数 len,和上边提到的 SDS 里类似,这里是用来记录链表长度的。因此获取链表长度时不用再遍历整个链表,直接拿到 len 值就可以了,这个时间复杂度是 O(1)。

你看,这些特性都降低了 List 使用时的时间开销。

3、压缩列表 

双端链表我们已经熟悉了。不知道你有没有注意到一个问题:如果在一个链表节点中存储一个小数据,比如一个字节。那么对应的就要保存头节点,前后指针等额外的数据。

这样就浪费了空间,同时由于反复申请与释放也容易导致内存碎片化。这样内存的使用效率就太低了。

于是,压缩列表上场了! 

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它是经过特殊编码,专门为了提升内存使用效率设计的。所有的操作都是通过指针与解码出来的偏移量进行的。

并且压缩列表的内存是连续分配的,遍历的速度很快。

4、字典

Redis 作为 K-V 型数据库,所有的键值都是用字典来存储的。

日常学习中使用的字典你应该不会陌生,想查找某个词通过某个字就可以直接定位到,速度非常快。这里所说的字典原理上是一样的,通过某个 key 可以直接获取到对应的value。

字典又称为哈希表,这点没什么可说的。哈希表的特性大家都很清楚,能够在 O(1) 时间复杂度内取出和插入关联的值。

5、跳跃表 

作为 Redis 中特有的数据结构-跳跃表,其在链表的基础上增加了多级索引来提升查找效率。 

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这是跳跃表的简单原理图,每一层都有一条有序的链表,最底层的链表包含了所有的元素。这样跳跃表就可以支持在 O(logN) 的时间复杂度里查找到对应的节点。

下面这张是跳表真实的存储结构,和其它数据结构一样,都在头节点里记录了相应的信息,减少了一些不必要的系统开销。

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合理的数据编码

对于每一种数据类型来说,底层的支持可能是多种数据结构,什么时候使用哪种数据结构,这就涉及到了编码转化的问题。

那我们就来看看,不同的数据类型是如何进行编码转化的:

String:存储数字的话,采用int类型的编码,如果是非数字的话,采用 raw 编码;

List:字符串长度及元素个数小于一定范围使用 ziplist 编码,任意条件不满足,则转化为 linkedlist 编码;

Hash:hash 对象保存的键值对内的键和值字符串长度小于一定值及键值对;

Set:保存元素为整数及元素个数小于一定范围使用 intset 编码,任意条件不满足,则使用 hashtable 编码;

Zset:zset 对象中保存的元素个数小于及成员长度小于一定值使用 ziplist 编码,任意条件不满足,则使用 skiplist 编码。

 

合适的线程模型

 

Redis 快的原因还有一个是因为使用了合适的线程模型:

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1、I/O多路复用模型

I/O :网络 I/O

多路:多个 TCP 连接

复用:共用一个线程或进程

生产环境中的使用,通常是多个客户端连接 Redis,然后各自发送命令至 Redis 服务器,最后服务端处理这些请求返回结果。

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应对大量的请求,Redis 中使用 I/O 多路复用程序同时监听多个套接字,并将这些事件推送到一个队列里,然后逐个被执行。最终将结果返回给客户端。

2、避免上下文切换

你一定听说过,Redis 是单线程的。那么单线程的 Redis 为什么会快呢?

因为多线程在执行过程中需要进行 CPU 的上下文切换,这个操作比较耗时。Redis 又是基于内存实现的,对于内存来说,没有上下文切换效率就是最高的。多次读写都在一个CPU 上,对于内存来说就是最佳方案。

3、单线程模型

顺便提一下,为什么 Redis 是单线程的。

Redis 中使用了 Reactor 单线程模型,你可能对它并不熟悉。没关系,只需要大概了解一下即可。

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