前言

Redis性能驚人，國內(nèi)前十大網(wǎng)站的子產(chǎn)品估計(jì)用1臺Redis就可以滿足存儲及Cache的需求。除了性能印象之外，業(yè)界其實(shí)普遍對Redis的認(rèn)識存在一定誤區(qū)。下文是對對Redis研究的一個總結(jié)，澄清了一些認(rèn)識上的誤區(qū)，提出一些觀點(diǎn)供大家探討。

1. Redis是什么

這個問題的結(jié)果影響了我們怎么用Redis。如果你認(rèn)為Redis是一個key value store， 那可能會用它來代替MySQL；如果認(rèn)為它是一個可以持久化的cache， 可能只是它保存一些頻繁訪問的臨時數(shù)據(jù)。Redis是REmote DIctionary Server的縮寫，在Redis在官方網(wǎng)站的的副標(biāo)題是A persistent key-value database with built-in net interface written in ANSI-C for Posix systems，這個定義偏向key value store。還有一些看法則認(rèn)為Redis是一個memory database，因?yàn)樗母咝阅芏际腔趦?nèi)存操作的基礎(chǔ)。另外一些人則認(rèn)為Redis是一個data structure server，因?yàn)镽edis支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)特性，比如List， Set等。對Redis的作用的不同解讀決定了你對Redis的使用方式。

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)目前基本使用兩種方式來存儲，關(guān)系數(shù)據(jù)庫或者key value。但是這些互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)本身并不屬于這兩種數(shù)據(jù)類型，比如用戶在社會化平臺中的關(guān)系，它是一個list，如果要用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲就需要轉(zhuǎn)換成一種多行記錄的形式，這種形式存在很多冗余數(shù)據(jù)，每一行需要存儲一些重復(fù)信息。如果用key value存儲則修改和刪除比較麻煩，需要將全部數(shù)據(jù)讀出再寫入。Redis在內(nèi)存中設(shè)計(jì)了各種數(shù)據(jù)類型，讓業(yè)務(wù)能夠高速原子的訪問這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且不需要關(guān)心持久存儲的問題，從架構(gòu)上解決了前面兩種存儲需要走一些彎路的問題。

2. Redis不可能比Memcache快

很多開發(fā)者都認(rèn)為Redis不可能比Memcached快，Memcached完全基于內(nèi)存，而Redis具有持久化保存特性，即使是異步的，Redis也不可能比Memcached快。但是測試結(jié)果基本是Redis占絕對優(yōu)勢。一直在思考這個原因，目前想到的原因有這幾方面。

Libevent。和Memcached不同，Redis并沒有選擇libevent。Libevent為了迎合通用性造成代碼龐大（目前Redis代碼還不到libevent的1/3）及犧牲了在特定平臺的不少性能。Redis用libevent中兩個文件修改實(shí)現(xiàn)了自己的epoll event loop（4）。業(yè)界不少開發(fā)者也建議Redis使用另外一個libevent高性能替代libev，但是作者還是堅(jiān)持Redis應(yīng)該小巧并去依賴的思路。一個印象深刻的細(xì)節(jié)是編譯Redis之前并不需要執(zhí)行。/configure。

CAS問題。CAS是Memcached中比較方便的一種防止競爭修改資源的方法。CAS實(shí)現(xiàn)需要為每個cache key設(shè)置一個隱藏的cas token，cas相當(dāng)value版本號，每次set會token需要遞增，因此帶來CPU和內(nèi)存的雙重開銷，雖然這些開銷很小，但是到單機(jī)10G+ cache以及QPS上萬之后這些開銷就會給雙方相對帶來一些細(xì)微性能差別（5）。

3. 單臺Redis的存放數(shù)據(jù)必須比物理內(nèi)存小

Redis的數(shù)據(jù)全部放在內(nèi)存帶來了高速的性能，但是也帶來一些不合理之處。比如一個中型網(wǎng)站有100萬注冊用戶，如果這些資料要用Redis來存儲，內(nèi)存的容量必須能夠容納這100萬用戶。但是業(yè)務(wù)實(shí)際情況是100萬用戶只有5萬活躍用戶，1周來訪問過1次的也只有15萬用戶，因此全部100萬用戶的數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存有不合理之處，RAM需要為冷數(shù)據(jù)買單。

這跟操作系統(tǒng)非常相似，操作系統(tǒng)所有應(yīng)用訪問的數(shù)據(jù)都在內(nèi)存，但是如果物理內(nèi)存容納不下新的數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)會智能將部分長期沒有訪問的數(shù)據(jù)交換到磁盤，為新的應(yīng)用留出空間?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)給應(yīng)用提供的并不是物理內(nèi)存，而是虛擬內(nèi)存（Virtual Memory）的概念。

基于相同的考慮，Redis 2.0也增加了VM特性。讓Redis數(shù)據(jù)容量突破了物理內(nèi)存的限制。并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)冷熱分離。

4. Redis的VM實(shí)現(xiàn)是重復(fù)造輪子

Redis的VM依照之前的epoll實(shí)現(xiàn)思路依舊是自己實(shí)現(xiàn)。但是在前面操作系統(tǒng)的介紹提到OS也可以自動幫程序?qū)崿F(xiàn)冷熱數(shù)據(jù)分離，Redis只需要OS申請一塊大內(nèi)存，OS會自動將熱數(shù)據(jù)放入物理內(nèi)存，冷數(shù)據(jù)交換到硬盤，另外一個知名的“理解了現(xiàn)代操作系統(tǒng)（3）”的Varnish就是這樣實(shí)現(xiàn)，也取得了非常成功的效果。

作者antirez在解釋為什么要自己實(shí)現(xiàn)VM中提到幾個原因（6）。主要OS的VM換入換出是基于Page概念，比如OS VM1個Page是4K， 4K中只要還有一個元素即使只有1個字節(jié)被訪問，這個頁也不會被SWAP， 換入也同樣道理，讀到一個字節(jié)可能會換入4K無用的內(nèi)存。而Redis自己實(shí)現(xiàn)則可以達(dá)到控制換入的粒度。另外訪問操作系統(tǒng)SWAP內(nèi)存區(qū)域時block進(jìn)程，也是導(dǎo)致Redis要自己實(shí)現(xiàn)VM原因之一。

5. 用get/set方式使用Redis

作為一個key value存在，很多開發(fā)者自然的使用set/get方式來使用Redis，實(shí)際上這并不是最優(yōu)化的使用方法。尤其在未啟用VM情況下，Redis全部數(shù)據(jù)需要放入內(nèi)存，節(jié)約內(nèi)存尤其重要。

假如一個key-value單元需要最小占用512字節(jié)，即使只存一個字節(jié)也占了512字節(jié)。這時候就有一個設(shè)計(jì)模式，可以把key復(fù)用，幾個key-value放入一個key中，value再作為一個set存入，這樣同樣512字節(jié)就會存放10-100倍的容量。

這就是為了節(jié)約內(nèi)存，建議使用hashset而不是set/get的方式來使用Redis，詳細(xì)方法見參考文獻(xiàn)（7）。

6. 使用aof代替snapshot

Redis有兩種存儲方式，默認(rèn)是snapshot方式，實(shí)現(xiàn)方法是定時將內(nèi)存的快照（snapshot）持久化到硬盤，這種方法缺點(diǎn)是持久化之后如果出現(xiàn)crash則會丟失一段數(shù)據(jù)。因此在完美主義者的推動下作者增加了aof方式。aof即append only mode，在寫入內(nèi)存數(shù)據(jù)的同時將操作命令保存到日志文件，在一個并發(fā)更改上萬的系統(tǒng)中，命令日志是一個非常龐大的數(shù)據(jù)，管理維護(hù)成本非常高，恢復(fù)重建時間會非常長，這樣導(dǎo)致失去aof高可用性本意。另外更重要的是Redis是一個內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，所有的優(yōu)勢都是建立在對內(nèi)存復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)高效的原子操作上，這樣就看出aof是一個非常不協(xié)調(diào)的部分。

其實(shí)aof目的主要是數(shù)據(jù)可靠性及高可用性，在Redis中有另外一種方法來達(dá)到目的：Replication。由于Redis的高性能，復(fù)制基本沒有延遲。這樣達(dá)到了防止單點(diǎn)故障及實(shí)現(xiàn)了高可用。

小結(jié)

要想成功使用一種產(chǎn)品，我們需要深入了解它的特性。Redis性能突出，如果能夠熟練的駕馭，對國內(nèi)很多大型應(yīng)用具有很大幫助。希望更多同行加入到Redis使用及代碼研究行列。