Redis的作用和原理

Redis的作用和原理

本文章基于淘淘商城电商项目实现过程中的反思，包括以下几部分：

1. 内容管理为什么用redis缓存替代持久化数据库？
2. 缓存的作用？
3. Redis实现了什么？
4. 为什么Redis缓存速度这么快？

1、内容管理为什么用redis缓存替代持久化数据库？

这涉及到持久化数据库的缺点，如下：
（1）存储在部署数据库的硬盘上
  平时我们使用的关系型数据库有MySql，Oracle以及SqlServer等，通常通过数据驱动来链接数据库进行增删改查。
  那么我们日常使用的数据库都存在哪里？以MySql为例。如图所示：

（2）访问速度
  服务器的读写效率是网站运行速度的重要条件，当然还有服务器的宽带，但是这些可以通过硬件的升级更新等办法来解决。
  服务器处理数据的速度，也与网站速度息息相关，而数据查询、数据处理等和数据库处理速度有关。所以，提高数据库处理数据的能力很重要。
  其实，sql语句优化可以提高处理效率。但是如果网站的访问量非常大的时候，我们的数据库压力就变大了。数据库的连接池、处理数据的能力就会面临很大的挑战。此时就要使用高并发处理、负载均衡和分布式数据库了。

2、缓存的作用

（1）定义
  缓存就是在内存中存储的数据备份，当数据没有发生本质变化的时候，我们避免数据的查询操作直接连接数据库，而是去内存中读取数据，这样就大大降低了数据库的读写次数，而且从内存中读数据的速度要比从数据库查询要快很多。
（2）缓存的形式
  页面缓存（smarty静态化技术）：页面缓存经常用在CMS（content manage system）内存管理系统里面。
  数据缓存：经常会用在页面的具体数据里面。

3、Redis实现

  Redis是Remote Dictionary Server(远程数据服务)的缩写，由意大利人antirez(Salvatore Sanfilippo)开发的一款内存高速缓存数据库，该软件使用C语言编写，它的数据模型为key-value。
  它支持丰富的数据结构(类型)，比如String、List、Hash、Set、Sorted Set。
  可持久化(一边运行，一边把数据往硬盘中备份一份，防止断电等情况导致数据丢失，等断电情况恢复之后，Redis再把硬盘中的数据恢复到内存中)，保证了数据的安全。

4、为什么Redis缓存速度这么快

首先介绍下硬盘数据库（例如mysql）和Redis的工作模式
（1）硬盘数据库的工作模式：

  需要先从数据读取数据到内存，内存中的数据保存到硬盘，我们更改硬盘的数据后再保存到数据库。这里的步骤较多，而且还占用我们的硬盘容量。

（2）内存数据库的工作模式：

  这种方式相比硬盘数据库的方式少了内存到硬盘这一步，速度回快很多，而且不占用我们的硬盘容量。我们用的Redis就是基于这种方式的。

  以上用比较容易理解的方式解释Redis的工作原理以及速度快的原因，下面深入探索一下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。