面试官问:redis为什么这么快?

redis为什么这么快 自己总结的几个点

一. 基本常识

  • 在计算机中,数据是存储在磁盘中的

    • 磁盘的时间单位
      a. 寻址: ms
      b. 带宽: G/M

    • 内存的时间单位
      a. 寻址: ns

    • 时间单位组成
      秒 > 毫秒 > 微秒 > 纳秒

在寻址上,磁盘比内存慢了10w倍
  • I/O buff:成本问题

    关系型数据库随着文件变大,速度变慢,为什么?

    硬盘I/O成为瓶颈

    • 磁盘有磁道和扇区,一个扇区512byte,容器小就带来了成本变大:索引

    • 操作系统一次性会读取4k的数据,就算你只要1k,操作系统也会一次性从磁盘读取4k

    • 所以mysql的文件设计的页data page也是4k, 刚好满足操作系统一次读取的大小,但是当文件增大之后,就 会出现很多的data page页,这个时候,查询速度就会变慢,此时就使用了索引 b+树。(为什么使用b+树 等写mysql相关时再说)

    • 所以, 当数据库表很大的时候,表文件就会很大,性能下降,下降的原因

      • 如果有索引,增删改的时候会维护索引,速度会变慢
      • 查询速度
        a. 1个或少量查询时依然很快
        b. 并发大的时候会受到硬盘带宽的限制影响速度

二. epoll

  • IO的发展历程
    • 在操作系统中,每一个I/O都视为一个文件描述符fd

    • BIO

      • BIO的流程,大致可以描述为以下场景
        • 幼儿园(进程)
        • 小朋友(文件描述符fd)
        • 老师(线程)
      • 每一个小朋友需要配一名老师,每个老师会询问对应的小朋友,要不要上厕所(I/O操作),这种操作造成了系统资源的极大浪费
      • jvm:一个线程的成本 1MB
        a. 线程多了产生调度成本 cpu不停切换线程浪费
        b. 内存成本增大
    • NIO

      • NIO的流程可以描述成这样
      • 幼儿园聘请一个老师,死循环的去询问每一个小朋友(select(Nfd)),要不要上厕所(I/O操作),此时就不会浪费系统资源
      • 但此时还是存在一些问题
        a. 当小朋友很多的时候,一个老师循环问一遍小朋友就需要花很长的时间
        b. 当小朋友要上厕所的时候,需要把小朋友从教室(内核)带到厕所(用户空间) 整体行为=拷贝fd相关数据
    • epoll

      • epoll是linux系统中对nio多路复用的优化;
      • nio是进程用户态中循环读取所有的文件描述符进行处理,如果文件描述符过多的话,循环遍历的速度会受到限制,并且中间也有从内核中读取的过程;
      • epoll使用了一个用户态和内核态的共享空间MMAP,将文件描述符都放在共享空间的红黑树中,如果有某个连接发生事件,就将连接加入到共享空间的链表中,然后由用户态进行操作
  • 最终总结

为什么redis快
1. 单线程操作,没有事务
2. 直接操作内存,不受磁盘IO影响
3. 使用了linux中的epoll对网络IO进行优化

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