基于REIDS缓存框架的分析与实践

马 冰 姜学军 史海洋

（沈阳理工大学，辽宁 沈阳110159）

1 特性

Redis是一个高性能的key-value数据库。redis的出现，很大程度补偿了memcached这类key/value存储的不足，在部分场合可以对关系数据库起到很好的补充作用。它提供了Java，C/C++，C#，PHP，JavaScript，Perl，Object-C，Python，Ruby，Erlang等客户端，使用很方便[1]。它有以下几个特点：

1.1 速度快

Redis使用标准C编写实现，而且数据加载到内存上，所以读写速度非常快。官方提供的数据表明，普通的Linux机器上，Redis的读写速度分别达到81000/s和110000/s。

Redis使用单线程的IO复用模型。自己封装了一个简单的AeEvent事件处理框架，主要实现了epoll，kqueue和select，对于单纯只有IO操作来说，单线程可以将速度优势发挥到最大。

1.2 持久化

由于所有数据保存于内存中，所以对数据的更新将异步地保存到磁盘上。

1.3 数据结构

相比于其他内存型数据库，Redis不只支持字符串类型，而是支持多种数据结构。目前支持5种。分别为string（字符串）、hash（hash表）、list（双向链表）、set（无序集合）、zset（有序集合）。

1.4 自动操作

Redis对不同数据类型操作时自动的，因此设置或增加key，从一个集合中增加或删除一个元素都能安全的操作。

1.5 支持多种语言

Redis支持多种语言，诸如Ruby，Python，PHP，ErLang，Perl，Lua，Java，Scala等。

1.6 主-从复制

Redis支持简单而快速的主从复制。官方提供数据，Slave在21秒内即完成了Amazon网站10Gkey Set的复制。

1.7 Sharding

目前只支持PHP，Ruby，Scala语言的Sharding功能。

2 适应场景

1）小数据量，高速读写访问。

2）大数据量，有明显热点数据。

3）大数据量，无热点数据。

4）所有数据in-memory。

3 源码分析

4 比较MySQL与Redis存取效率比较

（代码都是用java语言完成，数据库操作采用MyBatis框架，Redis操作使用Spring提供的方法）

4.1 存储性能比较

4.2 查询性能比较

4.3 最后结果与分析

表1 执行五次来进行比较两者的时间（毫秒）

可见，redis的存取性能要极大程度优于数据库，所以在应用中合适的使用redis，能极大提升产品性能。

Redis存取速度快的原因分析如下：

4.3.1 纯内存操作

Redis所有数据存储于内存中，内存中的操作速度比磁盘快的多。

4.3.2 Redis的存取底层使用异步非阻塞IO

系统I/O可分为阻塞型,非阻塞同步型以及非阻塞异步型。

阻塞型I/O意味着控制权只到调用操作结束了才会回到调用者手里.结果调用者被阻塞了,这段时间了做不了任何其它事情。

非阻塞同步是会立即返回控制权给调用者的。调用者不需要等等，它从调用的函数获取两种结果：要么此次调用成功进行了；要么系统返回错误标识告诉调用者当前资源不可用，你再等等或者再试度看吧。

在非阻塞异步调用中，稍有不同。调用函数在立即返回时，还告诉调用者，这次请求已经开始了。系统会使用另外的资源或者线程来完成这次调用操作，并在完成的时候知会调用者（比如通过回调函数）[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]

在以上三种IO形式中，非阻塞异步是性能最高、伸缩性最好的。

4.3.3 采用Epoll接口实现IO复用

与epoll模式相比较，有select模式，select模式是采用轮询的方式，来检测所有socket的状态，当有很大的socket集时，即使有小部分是活跃的，内核也需要把整个集合轮询才能知道所有socket的状态变化，而epoll模式是在创建时即对需要关注的socket注册事件，当某一个监听的socket有状态变化，就将其保存到一个内部数组中，当应用层需要检测时直接返回该数组，不需要对所有socket逐一检查，所以epoll模式的性能优于select模式。

5 Redis实践

5.1 有存活时间的数据存于redis中

需要设置数据的一定存活时间。例如找回密码功能，用户需要填写邮箱，然后发送一个连接到用户邮箱中，该连接是有时间限制，半小时后即失效。此时就可以利用redis存储数据可以设置有效时间的功能。并且不需要存储于数据库，读取redis的效率更高。

读取时直接在redis中查询key为"redis.global.forgetPass"，如果有值则说明未超时，为空则说明连接失效。

5.2 系统设置（基本不会变化数据存于redis中）

一些全局的系统设置，基本上都是在第一次启动应用的时候设置，以后就不会再修改的数据，可以存于redis中，设置不自动失效。

5.3 业务数据

所有业务数据，可以通过数据库主键ID当成key或者一些层级关系生成redis存储的key，将整个数据对象存储于redis，极大的减少数据库查询次数，提高应用性能。

例如：数据的层级为 代理商→租户→用户 则用户可以在redis中存储的数据为

Key:redis.user.partnerId.customerId.userId

Value:user的数据对象

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.两种高性能I/O设计模式（Reactor/Proactor）的比较[Z].2005.

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