Comment Redis obtient des performances élevées avec un seul fil

Comment Redis obtient des performances élevées avec un seul fil

Les performances remarquables de Redis malgré son architecture à thread unique témoignent de sa conception intelligente et de sa mise en œuvre efficace. Il réalise ce débit élevé principalement à travers plusieurs facteurs clés:

• stockage de données en mémoire: Redis stocke l'intégralité de son ensemble de données dans RAM. Cela réduit considérablement la latence par rapport aux bases de données basées sur le disque. L'accès aux données de la RAM est plus rapidement des ordres de grandeur que d'y accéder à partir d'un disque dur ou même d'un entraînement à semi-conducteurs (SSD). Cet avantage de vitesse est fondamental pour les performances de Redis.
• Structures de données optimisées: Redis utilise des structures de données hautement optimisées adaptées à des cas d'utilisation spécifiques. Ceux-ci incluent des tables de hachage, des listes, des ensembles, des ensembles triés et des bitmaps. Ces structures sont méticuleusement conçues pour des opérations efficaces d'insertion, de suppression, de recherche et d'itération, minimisant les frais généraux de calcul.
• Simplicité unique: tout en apparence contre-intuitive, la nature unique élimine les complexités et les frais généraux associés à la gestion du fil, à la commutation de contexte et à la synchronisation. Cela simplifie la base de code, réduit le risque de conditions de course et de blocages de course et permet des performances hautement prévisibles.
• Architecture axée sur l'événement: Redis utilise une architecture axée sur les événements basée sur le modèle de réacteur. Il utilise un seul thread pour surveiller plusieurs sockets et descripteurs de fichiers. Lorsqu'un événement (par exemple, une connexion client, une demande de commande) se produit, le thread le traite, terminant l'opération et passant à l'événement suivant. Cette approche asynchrone et non bloquante maximise le débit.
• Algorithmes efficaces: Les algorithmes utilisés dans Redis sont méticuleusement optimisés pour la vitesse. Les commandes simples sont exécutées extrêmement rapidement et des opérations plus complexes sont soigneusement conçues pour minimiser le nombre d'opérations requises.

Ces facteurs se combinent pour créer un système où un seul thread peut gérer un nombre étonnamment grand de demandes simultanées, atteignant des performances impressionnantes même sous une charge lourde.

Les choix architecturaux qui permettent aux performances élevées de Redis à thread de Redis soient intrinsèquement liés aux points discutés ci-dessus. Ils peuvent être résumés comme:

• Modèle de données en mémoire: Il s'agit de la pierre angulaire de la vitesse de Redis. L'élimination des E / S du disque est une augmentation massive des performances.
• Structures de données optimisées: Les structures de données soigneusement choisies et hautement optimisées minimisent le coût de calcul des opérations communes.
• Loop d'événement (motif de réacteur): L'architecture entraînée par événement assure le thread unique n'est jamais bloqué pour l'attente pour i / o. Il gère efficacement plusieurs clients simultanément.
• Éviter les mécanismes complexes de concurrence: La nature unique élimine le besoin de maintenance de verrouillage et de synchronisation complexe, réduisant les frais généraux et simplifiant la maintenance du code. Ressources du système, conduisant à des performances optimales.
• Comment redis gère-t-il la concurrence sans utiliser plusieurs threads?
redis gère la concurrence par le biais de son architecture unique axée sur les événements. Au lieu d'utiliser plusieurs threads pour gérer plusieurs clients simultanément, il utilise un seul thread qui bascule efficacement entre les différents clients à l'aide d'une boucle d'événement.

Lorsqu'un client se connecte à Redis, il enregistre sa prise avec la boucle d'événement. La boucle d'événements surveille en continu ces sockets pour l'activité (par exemple, les données entrantes). Lorsque les données proviennent d'un client (une demande de commande), la boucle d'événement traite la demande, exécute la commande et renvoie la réponse au client. Ce processus se produit de manière asynchrone et non bloquante; Le thread unique n'attend pas que les opérations d'E / S se terminent avant de passer à l'événement suivant. Cela permet à Redis de gérer efficacement de nombreux clients simultanés sans les frais généraux de la gestion des threads et de la commutation de contexte. La clé est que les opérations d'E / S ne bloquent pas, permettant au thread unique de rester réactif.

Quelles sont les limites de l'architecture unique de Redis, et comment sont-elles atténuées?

Alors que l'architecture unique de Redis offre de nombreux avantages, il a des limites:

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Ordaderse Le fil peut devenir un goulot d'étranglement si une seule opération prend beaucoup de temps. Une commande de longue durée pourrait bloquer d'autres demandes.
• Opérations liées au CPU:
Les opérations qui sont à forte intensité de calcul (non liées aux E / O) peuvent avoir un impact significatif sur les performances.

Les limites d'échelle pour certaines charges de travail: Pour limiter une limitation extrême facteur. redis atténue ces limites de plusieurs manières:

• Pipeline de commande: Les clients peuvent envoyer plusieurs commandes à Redis en une seule connexion, réduisant les frais généraux de plusieurs voyages aller-retour.
• Conception minutieuse des commandes: Les commandes redis sont conçues pour être rapides et efficaces, minimisant la probabilité des opérations longues. Déploiements à grande échelle, Redis peut être déployé dans un cluster, distribuant la charge de travail sur plusieurs instances, contournant efficacement la limitation à fil unique. Cela permet à la mise à l'échelle horizontale de gérer des ensembles de données beaucoup plus grands et des débits plus élevés.
• Modules: Les modules Redis permettent d'étendre ses fonctionnalités avec du code personnalisé. Cependant, il est crucial que ces modules soient conçus pour être efficaces et non bloquants pour éviter d'avoir un impact négatif sur les performances globales.
• Malgré ces limites, les avantages de l'architecture à thread unique de Redis - de la mise en place, de la prévisibilité et de la facilité de débogage - l'ont entend sur les rétroviseurs pour de nombreuses applications. Les stratégies d'atténuation disponibles permettent à Redis d'évoluer efficacement pour un large éventail de cas d'utilisation.

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