Redis简介：它是什么以及为何如此快速

Source: Dev.to

什么是 Redis？

Redis（Remote DIctionary Server）是一个开源的内存数据结构存储，也是最流行的 NoSQL 数据库之一。它由 Salvatore Sanfilippo 于 2009 年创建，常被称为“数据结构服务器”，因为它支持的功能远超简单的键值存储。

• 内存数据库 – 所有数据驻留在 RAM 中，提供极快的读写操作。
• 持久化选项 – 虽然基于内存，Redis 仍可将数据持久化到磁盘。
• 现代服务器拥有数百 GB 的 RAM，使 Redis 在许多实际工作负载中变得实用。

核心数据类型

Redis 支持一套丰富的优化数据结构：

• Strings – 文本、二进制数据或数字
• Lists – 有序的字符串集合
• Sets – 无序的唯一字符串集合
• Hashes – 字段‑值映射（类似对象）
• Sorted Sets – 带分数的有序集合
• Bitmaps – 空间高效的位级操作
• HyperLogLogs – 概率基数估计
• Streams – 仅追加的日志，用于消息传递和事件溯源

持久化

Redis 可以通过两种机制（单独使用或组合使用）实现数据的持久存储：

复制与高可用性

• 读取可扩展性
• 高可用性
• 数据冗余

事务

Redis 事务原子地执行一组命令，确保所有命令作为单个单元进行处理。

发布/订阅

Redis 包含一个 Pub/Sub 消息系统，能够实现对多个订阅者的实时消息广播。

服务器端 Lua 脚本

Lua 脚本可以在服务器上运行，允许在单个脚本中原子且高效地执行多个操作。

性能特征

Redis 在单核上可以处理 100,000+ 次操作每秒。导致这种速度的关键原因包括：

• 没有磁盘 I/O 瓶颈——数据驻留在 RAM 中
• 通过指针直接访问内存，避免昂贵的序列化
• 单线程、非阻塞 I/O 模型
  • 没有上下文切换开销
  • 没有竞争条件或锁的复杂性
  • 延迟可预测、稳定

要利用多个 CPU 核心，可在同一机器上运行多个 Redis 实例。

优化的内部数据结构

• 哈希表，支持增量 rehash
• ZipLists 用于内存高效的小集合
• IntSets 用于仅整数的集合
• Skip Lists 用于有序集合（O(log N) 性能）

实现细节

• 使用 ANSI C 编写 → 手动内存管理，最小抽象，直接的系统级优化
• 根据平台使用高性能系统调用（epoll、kqueue、select）
• RESP（Redis Serialization Protocol）——解析简单且快速
• 管道（Pipelining）——发送多个命令而无需等待响应

异步后台任务

• 后台 RDB 保存
• AOF 重写
• Fork 子进程

这些保持主事件循环的响应性。

常见使用场景

安装

Ubuntu / Debian

sudo apt-get update
sudo apt-get install redis-server

macOS (Homebrew)

brew install redis

Docker

docker run --name redis -d -p 6379:6379 redis

基本命令（Redis CLI）

SET user:1001 "John Doe"
GET user:1001

SET session:abc123 "data" EX 10   # expires after 10 seconds
INCR page_views
LPUSH tasks "send_email"
SADD tags "redis" "database" "cache"

Advantages

• 与基于磁盘的数据库相比，读取和写入速度更快
• 没有 JOIN 或复杂查询 —— 简单的基于键的访问
• 无模式且数据结构灵活
• 内置持久化、Pub/Sub、事务和 Lua 脚本

Limitations

• Memory cost – RAM比磁盘存储更昂贵
• Dataset size – 数据必须适配可用内存
• Single‑threaded model – CPU密集型操作可能阻塞其他请求
• Persistence trade‑offs – RDB 与 AOF 需要仔细配置

摘要

1. 内存存储 消除磁盘 I/O。
2. 单线程事件循环 避免并发开销。
3. 高度优化的基于 C 的数据结构 确保效率。

虽然 Redis 不是传统关系型数据库的替代品，但它在缓存、会话存储、实时分析引擎、消息中间件以及快速数据处理方面表现出色。它的简洁性、性能和灵活性使其成为现代系统架构的核心组件，已被 Twitter、GitHub、Stack Overflow 和 Snapchat 等公司广泛使用。

无论是构建小型应用还是扩展高流量平台，Redis 都能提供亚毫秒级的响应时间和无与伦比的性能，适用于快速变化的数据。