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深入了解一下Redis的内存模型!

发布时间:2019-03-12 06:46:52 所属栏目:编程 来源:编程迷思
导读:一、前言 Redis是目前最火爆的内存数据库之一,通过在内存中读写数据,大大提高了读写速度,可以说Redis是实现网站高并发不可或缺的一部分。 我们使用Redis时,会接触Redis的5种对象类型(字符串、哈希、列表、集合、有序集合),丰富的类型是Redis相对于M
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一、前言

Redis是目前最火爆的内存数据库之一,通过在内存中读写数据,大大提高了读写速度,可以说Redis是实现网站高并发不可或缺的一部分。

我们使用Redis时,会接触Redis的5种对象类型(字符串、哈希、列表、集合、有序集合),丰富的类型是Redis相对于Memcached等的一大优势。在了解Redis的5种对象类型的用法和特点的基础上,进一步了解Redis的内存模型,对Redis的使用有很大帮助,例如:

1、估算Redis内存使用量。目前为止,内存的使用成本仍然相对较高,使用内存不能无所顾忌;根据需求合理的评估Redis的内存使用量,选择合适的机器配置,可以在满足需求的情况下节约成本。

2、优化内存占用。了解Redis内存模型可以选择更合适的数据类型和编码,更好的利用Redis内存。

3、分析解决问题。当Redis出现阻塞、内存占用等问题时,尽快发现导致问题的原因,便于分析解决问题。

这篇文章主要介绍Redis的内存模型(以3.0为例),包括Redis占用内存的情况及如何查询、不同的对象类型在内存中的编码方式、内存分配器(jemalloc)、简单动态字符串(SDS)、RedisObject等;然后在此基础上介绍几个Redis内存模型的应用。

在后面的文章中,会陆续介绍关于Redis高可用的内容,包括主从复制、哨兵、集群等等,欢迎关注。

原创不易,如果觉得文章对你有帮助,欢迎点赞、评论。文章有疏漏之处,欢迎批评指正。

二、Redis内存统计

工欲善其事必先利其器,在说明Redis内存之前首先说明如何统计Redis使用内存的情况。

在客户端通过redis-cli连接服务器后(后面如无特殊说明,客户端一律使用redis-cli),通过info命令可以查看内存使用情况:info memory

深入了解一下Redis的内存模型!

其中,info命令可以显示redis服务器的许多信息,包括服务器基本信息、CPU、内存、持久化、客户端连接信息等等;memory是参数,表示只显示内存相关的信息。返回结果中比较重要的几个说明如下:

(1)used_memory:Redis分配器分配的内存总量(单位是字节),包括使用的虚拟内存(即swap);Redis分配器后面会介绍。used_memory_human只是显示更友好。

(2)used_memory_rss:Redis进程占据操作系统的内存(单位是字节),与top及ps命令看到的值是一致的;除了分配器分配的内存之外,used_memory_rss还包括进程运行本身需要的内存、内存碎片等,但是不包括虚拟内存。

因此,used_memory和used_memory_rss,前者是从Redis角度得到的量,后者是从操作系统角度得到的量。二者之所以有所不同,一方面是因为内存碎片和Redis进程运行需要占用内存,使得前者可能比后者小,另一方面虚拟内存的存在,使得前者可能比后者大。

由于在实际应用中,Redis的数据量会比较大,此时进程运行占用的内存与Redis数据量和内存碎片相比,都会小得多;因此used_memory_rss和used_memory的比例,便成了衡量Redis内存碎片率的参数;这个参数就是mem_fragmentation_ratio。

(3)mem_fragmentation_ratio:内存碎片比率,该值是used_memory_rss / used_memory的比值。

mem_fragmentation_ratio一般大于1,且该值越大,内存碎片比例越大。mem_fragmentation_ratio<1,说明Redis使用了虚拟内存,由于虚拟内存的媒介是磁盘,比内存速度要慢很多,当这种情况出现时,应该及时排查,如果内存不足应该及时处理,如增加Redis节点、增加Redis服务器的内存、优化应用等。

一般来说,mem_fragmentation_ratio在1.03左右是比较健康的状态(对于jemalloc来说);上面截图中的mem_fragmentation_ratio值很大,是因为还没有向Redis中存入数据,Redis进程本身运行的内存使得used_memory_rss 比used_memory大得多。

(4)mem_allocator:Redis使用的内存分配器,在编译时指定;可以是 libc 、jemalloc或者tcmalloc,默认是jemalloc;截图中使用的便是默认的jemalloc。

三、Redis内存划分

Redis作为内存数据库,在内存中存储的内容主要是数据(键值对);通过前面的叙述可以知道,除了数据以外,Redis的其他部分也会占用内存。

Redis的内存占用主要可以划分为以下几个部分:

1、数据

作为数据库,数据是最主要的部分;这部分占用的内存会统计在used_memory中。

Redis使用键值对存储数据,其中的值(对象)包括5种类型,即字符串、哈希、列表、集合、有序集合。这5种类型是Redis对外提供的,实际上,在Redis内部,每种类型可能有2种或更多的内部编码实现;此外,Redis在存储对象时,并不是直接将数据扔进内存,而是会对对象进行各种包装:如redisObject、SDS等;这篇文章后面将重点介绍Redis中数据存储的细节。

2、进程本身运行需要的内存

Redis主进程本身运行肯定需要占用内存,如代码、常量池等等;这部分内存大约几兆,在大多数生产环境中与Redis数据占用的内存相比可以忽略。这部分内存不是由jemalloc分配,因此不会统计在used_memory中。

补充说明:除了主进程外,Redis创建的子进程运行也会占用内存,如Redis执行AOF、RDB重写时创建的子进程。当然,这部分内存不属于Redis进程,也不会统计在used_memory和used_memory_rss中。

3、缓冲内存

缓冲内存包括客户端缓冲区、复制积压缓冲区、AOF缓冲区等;其中,客户端缓冲存储客户端连接的输入输出缓冲;复制积压缓冲用于部分复制功能;AOF缓冲区用于在进行AOF重写时,保存最近的写入命令。在了解相应功能之前,不需要知道这些缓冲的细节;这部分内存由jemalloc分配,因此会统计在used_memory中。

4、内存碎片

内存碎片是Redis在分配、回收物理内存过程中产生的。例如,如果对数据的更改频繁,而且数据之间的大小相差很大,可能导致redis释放的空间在物理内存中并没有释放,但redis又无法有效利用,这就形成了内存碎片。内存碎片不会统计在used_memory中。

内存碎片的产生与对数据进行的操作、数据的特点等都有关;此外,与使用的内存分配器也有关系:如果内存分配器设计合理,可以尽可能的减少内存碎片的产生。后面将要说到的jemalloc便在控制内存碎片方面做的很好。

如果Redis服务器中的内存碎片已经很大,可以通过安全重启的方式减小内存碎片:因为重启之后,Redis重新从备份文件中读取数据,在内存中进行重排,为每个数据重新选择合适的内存单元,减小内存碎片。

四、Redis数据存储的细节

1、概述

(编辑:核心网)

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