Overview

• About Redis pipelining
• About Redis memory optimization
• About Redis expire
• About Redis transactions

Pipelining

Request/Response protocols and RTT

• Redis is a TCP server using the client-server model and what is called a Request/Response protocol.
• This means that usually a request is accomplished with the following steps:
  • The client sends a query to the server, and reads from the socket, usually in a blocking way, for the server response.
  • The server processes the command and sends the response back to the client.
• Clients and servers are connected via a networking link. Such a link can be very fasr(a loopback interface) or very slow(a connection established over the Internet with many hops between two hosts). 
• The time is called RTT(Round Trip Time). This will affect the performances when a client needs to perform many requests in a row. [当客户端需要在一个批处理中执行多次请求时，RTT就会对性能产生较大的影响。] 比如说，假设RTT时间很长，250ms，这时候即使服务器每秒能处理100k的请求数，我们每秒也只能处理4个请求。
• If the interface used is a loopback interface, the RTT is much shorter(for instance my host reports 0.044ms pinging 127.0.0.1), but it is still a lot if u need to perform many writes in a row.

Redis Pipelining

• A Request/Response server can be implemented so that it is able to process new requests even if the client didn‘t already read the old responses. [服务器能够在旧的请求还未被响应的情况下处理新的请求，那么就可以将多个命令发送到服务器，而不用等待回复，直接在最后一个步骤中读取该回复即可。]

Summary

• so，如果不用管道，四个请求需要8个TCP报文，4次RTT。如果网络延迟0.125s，那么需要1s完成四个请求。redis的处理能力完全发挥不出来。
• 为了提高效率，处理利用mset、mget之类的单条命令处理多个key外，
• 我们还可以使用pipelining的方式，从client打包多条命令，一起发出，不需要等待单条命令的响应返回，redis server会处理完多条命令后将结果打包返回给client。
• 假设tcp报文不会因为过长而被拆分，上述4个请求就只需要两个tcp报文。
• 但是也不是说打包的命令越多越好，因为打包的命令越多，内存消耗也越多。因为redis必须在处理完所有命令前缓存之前所有命令的处理结果。

 Test

• public void pipeLine() {
          Jedis jedis = null;
          try {
              jedis = new Jedis(REDIS_HOST, REDIS_PORT);
              Pipeline pipeline = jedis.pipelined();
              for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
                  pipeline.incr(testKey);
              }
              pipeline.sync();
          } catch (Exception e) {
              e.printStackTrace();
          } finally {
              if(jedis != null) jedis.disconnect();
          }
  
      }
  
      public void withoutPipeline() {
          Jedis jedis = null;
          try {
              jedis = new Jedis(REDIS_HOST, REDIS_PORT);
              for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
                  jedis.incr(testKey);
              }
          } catch (Exception e) {
              e.printStackTrace();
          } finally {
              if (jedis != null) jedis.disconnect();
          }
      }
  
      public static void main(String[] args) {
          PipelineTest pipelineTest = new PipelineTest();
          long start = System.currentTimeMillis();
  
          pipelineTest.withoutPipeline();
  
          long mid = System.currentTimeMillis();
          System.out.println("Without pipeline, using: " + (mid - start));
  
          pipelineTest.pipeLine();
  
          System.out.println("With pipeline, using: " + (System.currentTimeMillis() - mid));
  
      }

• 输出：（100条incr请求）

  Without pipeline, using: 9816
  With pipeline, using: 45

Memory Optimization

Special encoding of small aggreagte data types

• Redis2.2以后，存储集合数据的时候会采用内存压缩技术。
• 比如对Hash、List、Set以及Sorted Set，当这些集合中的所有数都小雨一个给定的元素，并且集合中元素数量小于某个值时，存储的数据会被以一种十分节省内存的方式进行编码。理论上能节省10倍以上内存。并且该编码技术对用户和redis api透明。
• 实质上是用CPU换内存。
• 阈值可以在redis.conf中修改。

Using 32 bit instances

• 使用32bit的redis，那么对每个key将使用更少的内存。

Bit and byte level operations

• Redis2.2引入了位级别和字级别的操作：GETRANGE, SETRANGE, GETBIT, SETBIT。
• 通过使用这些命令，你可以把redis的字符串当成一个随机读取的(字节)数组。
• 例子：如果用户的id是连续的整数，那么你可以使用bitmap位图来纪录用户的性别，可以直接操作在bit之上。

Uses hashes when possible

• 小的散列表(小是指散列表内部存储的对象少)使用的内存非常小。
• TBD...

Expire

EXPIRE Key seconds

• 超时后只有在对key执行DEL、SET或GETSET时才会清除。[?????]
• 过期精度：从Redis2.6起，过期时间误差缩小到0-1ms。
• Redis如何淘汰过期key：
  • Redis keys过期有两种方式：主动和被动方式。
  • 被动：当一些客户端尝试访问它们时，key会被发现并主动的过期。
  • 主动：Redis每10s:
    • 测试随机的20个key，进行相关过期检测；
    • 删除已过期的key；
    • 若有多于25%的key过期，则重复步骤1
  • 以上，这是一个平凡的概率算法。

Redis Transactions

Introduction

• MULTI, EXEC, DISCARD,WATCH是redis事务相关的命令。
• 事务可以一次执行多个命令，并且：
  • 事务是一个单独的隔离操作：事务中所有命令都会序列化、按顺序地执行。执行过程中，不会被其他client的请求打断。
  • 原子操作：要么全部执行，要么全部不执行。
• EXEC：
  • EXEC负责触发并执行事务中的所有命令
  • 如果client在使用MULTI开启了一个事务之后，如果没有执行EXEC，那么事务中所有命令都不会执行。
• 当使用AOF方式做持久化时，redis会使用单个write命令将事务写到磁盘中。然而，若此时redis server由于某些原因挂掉，那么可能只有部分事务命令会被成功写入到磁盘中。
• 若在redis重启时发现AOF文件出现了这样的问题，那么它会退出，并汇报一个错误。

为什么Redis不支持roll back

• 这种做法的优点：
  • 因为不需要支持roll back，因此redis内部可以保持简单且快速。
  • redis命令只会因为错误的语法而失败(并且这些错误不能在入队时发现)，或是因为命令用在了错误类型的key上。理论上这些错误应该在开发过程被发现。

使用check-and-set乐观锁

• WATCH命令可以为redis事务提高check-and-set(CAS)行为
• TBD...

<Redis><Pipelining>