Redis 的操作为什么是的原子性的详解
2020-06-15| 程成| 273| 0| Redis


原子性


原子性是数据库的事务中的特性。在数据库事务的情景下,原子性指的是:一个事务(transaction)中的所有操作,要么全部完成,要么全部不完成,不会结束在中间某个环节。

对于Redis而言,命令的原子性指的是:一个操作的不可以再分,操作要么执行,要么不执行


Redis操作原子性的原因


Redis的操作之所以是原子性的,是因为Redis是单线程的

由于对操作系统相关的知识不是很熟悉,从上面这句话并不能真正理解Redis操作是原子性的原因,进一步查阅进程与线程的概念及其区别。



进程与线程


进程

计算机中已执行程序的实体。比如,一个启动了的php-fpm,就是一个进程。


线程

操作系统能够进行运算调度的最小单元。它被包含在进程之中,是进程的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。比如,mysql运行时,mysql启动后,该mysql服务就是一个进程,而mysql的连接、查询的操作,就是线程。


进程与线程的区别

  • 资源(如打开文件):进程间的资源相互独立,同一进程的各线程间共享资源。某进程的线程在其他进程不可见。

  • 通信:进程间通信:消息传递、同步、共享内存、远程过程调用、管道。线程间通信:直接读写进程数据段(需要进程同步和互斥手段的辅助,以保证数据的一致性)。

  • 调度和切换:线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。

线程,是操作系统最小的执行单元,在单线程程序中,任务一个一个地做,必须做完一个任务后,才会去做另一个任务


Redis在并发中的表现

Redis的API是原子性的操作,那么多个命令在并发中也是原子性的吗?

看看下面这段代码:


$redis= newRedis();

$redis->connect('127.0.0.1',6379);

for($i= 0;$iget('val');

$num++;

$redis->set('val',$num);

usleep(10000);

}


用两个终端执行上面的程序,发现val的结果是小于2000的值,那么可以知道,在程序中执行多个Redis命令并非是原子性的,这也和普通数据库的表现是一样的。

如果想在上面的程序中实现原子性,可以将get和set改成单命令操作,比如incr,或者使用Redis的事务,或者使用Redis+Lua的方式实现。


总结

综上所述,对Redis来说,执行get、set以及eval等API,都是一个一个的任务,这些任务都会由Redis的线程去负责执行,任务要么执行成功,要么执行失败,这就是Redis的命令是原子性的原因。

Redis本身提供的所有API都是原子操作,Redis中的事务其实是要保证批量操作的原子性。


四、Redis为什么这么快


1、完全基于内存,绝大部分请求是纯粹的内存操作,非常快速。数据存在内存中,类似于HashMap,HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1);

2、数据结构简单,对数据操作也简单,Redis中的数据结构是专门进行设计的;

3、采用单线程,避免了不必要的上下文切换和竞争条件,也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU,不用去考虑各种锁的问题,不存在加锁释放锁操作,没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗;

4、使用多路I/O复用模型,非阻塞IO;

5、使用底层模型不同,它们之间底层实现方式以及与客户端之间通信的应用协议不一样,Redis直接自己构建了VM 机制 ,因为一般的系统调用系统函数的话,会浪费一定的时间去移动和请求;



以上几点都比较好理解,下边我们针对多路 I/O 复用模型进行简单的探讨:


(1)多路 I/O 复用模型

多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O 事件的能力,在空闲的时候,会把当前线程阻塞掉,当有一个或多个流有 I/O 事件时,就从阻塞态中唤醒,于是程序就会轮询一遍所有的流(epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流),并且只依次顺序的处理就绪的流,这种做法就避免了大量的无用操作。


这里“多路”指的是多个网络连接,“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求(尽量减少网络 IO 的时间消耗),且 Redis 在内存中操作数据的速度非常快,也就是说内存内的操作不会成为影响Redis性能的瓶颈,主要由以上几点造就了 Redis 具有很高的吞吐量。





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作者:程成
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