寫在前面
??本學(xué)習(xí)教程所有示例代碼見GitHub：https://github.com/selfconzrr/Redis_Learning
由于在項(xiàng)目中并沒有使用Memcached鸟妙，所以在這貼出Memcached的教程，以備不時(shí)之需陈惰。
http://www.runoob.com/Memcached/Memcached-tutorial.html
Redis的作者Salvatore Sanfilippo曾經(jīng)對(duì)這兩種基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行過比較山涡，總體來看還是比較客觀的幻碱。
一狂秦、性能
??由于Redis只使用單核蚯涮，而Memcached可以使用多核治专，所以平均每一個(gè)核上Redis在存儲(chǔ)小數(shù)據(jù)時(shí)比Memcached性能更高。而在100k以上的數(shù)據(jù)時(shí)遭顶，Memcached性能要高于Redis张峰，雖然Redis最近也在存儲(chǔ)大數(shù)據(jù)的性能上進(jìn)行優(yōu)化，但是比起Memcached棒旗，還是稍有遜色喘批。
二、內(nèi)存使用效率
??使用簡(jiǎn)單的key-value存儲(chǔ)的話铣揉，Memcached的內(nèi)存利用率更高饶深，而如果Redis采用hash結(jié)構(gòu)來做key-value存儲(chǔ)，由于其組合式的壓縮逛拱，其內(nèi)存利用率會(huì)高于Memcached敌厘。
三、Redis支持服務(wù)器端的數(shù)據(jù)操作
??Redis相比Memcached來說朽合，擁有更多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并支持更豐富的數(shù)據(jù)操作俱两，通常在Memcached里，你需要將數(shù)據(jù)拿到客戶端來進(jìn)行類似的修改再set回去曹步，序列化再反序列化宪彩，這大大增加了網(wǎng)絡(luò)IO的次數(shù)和數(shù)據(jù)體積。在Redis中讲婚，這些復(fù)雜的操作通常和一般的GET/SET一樣高效毯焕。所以，如果需要緩存能夠支持更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和操作，那么Redis會(huì)是不錯(cuò)的選擇纳猫。
與Memcached僅支持簡(jiǎn)單的key-value結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)記錄不同婆咸，Redis支持的數(shù)據(jù)類型要豐富得多。最為常用的數(shù)據(jù)類型主要由五種：String芜辕、Hash尚骄、List、Set和Sorted Set侵续。Redis內(nèi)部使用一個(gè)redisObject對(duì)象來表示所有的key和value倔丈。
四、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)
??memcached掛掉后状蜗，數(shù)據(jù)不可恢復(fù)需五；redis數(shù)據(jù)丟失后可以通過aof恢復(fù)，Redis支持?jǐn)?shù)據(jù)的備份轧坎，即master-slave主從模式的數(shù)據(jù)備份宏邮。
五、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
??Redis和Memcached都是將數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中缸血，都是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)蜜氨。不過memcached還可用于緩存其他東西，例如圖片捎泻、視頻等等飒炎。memcached把數(shù)據(jù)全部存在內(nèi)存之中，斷電后會(huì)掛掉笆豁，數(shù)據(jù)不能超過內(nèi)存大欣赏簟；redis有部份存在硬盤上闯狱，這樣能保證數(shù)據(jù)的持久性煞赢，支持?jǐn)?shù)據(jù)的持久化（RDB、AOF）扩氢，而Memcached不支持持久化窒典。同時(shí)Redis并不是所有的數(shù)據(jù)都一直存儲(chǔ)在內(nèi)存中的旱物，當(dāng)物理內(nèi)存用完時(shí)猾浦，Redis可以將一些很久沒用到的value交換到磁盤钓株，但memcached超過內(nèi)存比例會(huì)抹掉前面的數(shù)據(jù)侥衬。
六橱野、內(nèi)存管理機(jī)制
??對(duì)于像Redis和Memcached這種基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來說叫潦，內(nèi)存管理的效率高低是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素五续。傳統(tǒng)C語言中的malloc/free函數(shù)是最常用的分配和釋放內(nèi)存的方法弟断，但是這種方法存在著很大的缺陷：首先咏花，對(duì)于開發(fā)人員來說不匹配的malloc和free容易造成內(nèi)存泄露；其次頻繁調(diào)用會(huì)造成大量?jī)?nèi)存碎片無法回收重新利用，降低內(nèi)存利用率昏翰；最后作為系統(tǒng)調(diào)用苍匆，其系統(tǒng)開銷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般函數(shù)調(diào)用。所以棚菊，為了提高內(nèi)存的管理效率浸踩，高效的內(nèi)存管理方案都不會(huì)直接使用malloc/free調(diào)用。
Memcached默認(rèn)使用Slab Allocation機(jī)制管理內(nèi)存统求，其主要思想是按照預(yù)先規(guī)定的大小检碗，將分配的內(nèi)存分割成特定長(zhǎng)度的塊以存儲(chǔ)相應(yīng)長(zhǎng)度的key-value數(shù)據(jù)記錄，以完全解決內(nèi)存碎片問題码邻。Slab Allocation機(jī)制只為存儲(chǔ)外部數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)折剃，也就是說所有的key-value數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在Slab Allocation系統(tǒng)里，而Memcached的其它內(nèi)存請(qǐng)求則通過普通的malloc/free來申請(qǐng)像屋，因?yàn)檫@些請(qǐng)求的數(shù)量和頻率決定了它們不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能造成影響怕犁。
如圖所示，它首先從操作系統(tǒng)申請(qǐng)一大塊內(nèi)存开睡，并將其分割成各種尺寸的塊Chunk因苹，并把尺寸相同的塊分成組Slab Class。其中篇恒，Chunk就是用來存儲(chǔ)key-value數(shù)據(jù)的最小單位扶檐。每個(gè)Slab Class的大小，可以在Memcached啟動(dòng)的時(shí)候通過制定Growth Factor來控制胁艰。假定圖中Growth Factor的取值為1.25款筑，如果第一組Chunk的大小為88個(gè)字節(jié)，第二組Chunk的大小就為112個(gè)字節(jié)腾么，依此類推奈梳。
當(dāng)Memcached接收到客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)時(shí)首先會(huì)根據(jù)收到數(shù)據(jù)的大小選擇一個(gè)最合適的Slab Class，然后通過查詢Memcached保存著的該Slab Class內(nèi)空閑Chunk的列表就可以找到一個(gè)可用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的Chunk解虱。當(dāng)一條數(shù)據(jù)庫(kù)過期或者丟棄時(shí)攘须，該記錄所占用的Chunk就可以回收，重新添加到空閑列表中殴泰。
從以上過程我們可以看出Memcached的內(nèi)存管理制效率高于宙，而且不會(huì)造成內(nèi)存碎片，但是它最大的缺點(diǎn)就是會(huì)導(dǎo)致空間浪費(fèi)悍汛。因?yàn)槊總€(gè)Chunk都分配了特定長(zhǎng)度的內(nèi)存空間捞魁，所以變長(zhǎng)數(shù)據(jù)無法充分利用這些空間。比如將100個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)緩存到128個(gè)字節(jié)的Chunk中离咐，剩余的28個(gè)字節(jié)就浪費(fèi)掉了谱俭。Memcached主要的cache機(jī)制是LRU（最近最少使用Least Recently Used）算法+超時(shí)失效。
Redis的內(nèi)存管理主要通過源碼中zmalloc.h和zmalloc.c兩個(gè)文件來實(shí)現(xiàn)的。Redis為了方便內(nèi)存的管理昆著，在分配一塊內(nèi)存之后县貌，會(huì)將這塊內(nèi)存的大小存入內(nèi)存塊的頭部。
如圖所示宣吱，real_ptr是redis調(diào)用malloc后返回的指針窃这。redis將內(nèi)存塊的大小size存入頭部，size所占據(jù)的內(nèi)存大小是已知的征候，為size_t類型的長(zhǎng)度杭攻，然后返回ret_ptr。當(dāng)需要釋放內(nèi)存的時(shí)候疤坝，ret_ptr被傳給內(nèi)存管理程序兆解。通過ret_ptr，程序可以很容易的算出real_ptr的值跑揉，然后將real_ptr傳給free釋放內(nèi)存锅睛。
Redis通過定義一個(gè)數(shù)組來記錄所有的內(nèi)存分配情況，這個(gè)數(shù)組的長(zhǎng)度為ZMALLOC_MAX_ALLOC_STAT历谍。數(shù)組的每一個(gè)元素代表當(dāng)前程序所分配的內(nèi)存塊的個(gè)數(shù)现拒，且內(nèi)存塊的大小為該元素的下標(biāo)。在源碼中望侈，這個(gè)數(shù)組為zmalloc_allocations印蔬。zmalloc_allocations[16]代表已經(jīng)分配的長(zhǎng)度為16bytes的內(nèi)存塊的個(gè)數(shù)。zmalloc.c中有一個(gè)靜態(tài)變量used_memory用來記錄當(dāng)前分配的內(nèi)存總大小脱衙。所以侥猬，總的來看，Redis采用的是包裝的mallc/free捐韩，相較于Memcached的內(nèi)存管理方法來說退唠，要簡(jiǎn)單很多。
七荤胁、集群瞧预、分布式存儲(chǔ)
??Memcached是全內(nèi)存的數(shù)據(jù)緩沖系統(tǒng)，Redis雖然支持?jǐn)?shù)據(jù)的持久化仅政，但是全內(nèi)存畢竟才是其高性能的本質(zhì)垢油。作為基于內(nèi)存的存儲(chǔ)系統(tǒng)來說，機(jī)器物理內(nèi)存的大小就是系統(tǒng)能夠容納的最大數(shù)據(jù)量已旧。如果需要處理的數(shù)據(jù)量超過了單臺(tái)機(jī)器的物理內(nèi)存大小秸苗，就需要構(gòu)建分布式集群來擴(kuò)展存儲(chǔ)能力召娜。
Memcached本身并不支持分布式运褪，因此只能在客戶端通過像一致性哈希這樣的分布式算法來實(shí)現(xiàn)Memcached的分布式存儲(chǔ)，關(guān)于分布式一致性哈希算法見總結(jié)：分布式一致性hash算法。當(dāng)客戶端向Memcached集群發(fā)送數(shù)據(jù)之前秸讹，首先會(huì)通過內(nèi)置的分布式算法計(jì)算出該條數(shù)據(jù)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)檀咙，然后數(shù)據(jù)會(huì)直接發(fā)送到該節(jié)點(diǎn)上存儲(chǔ)。但客戶端查詢數(shù)據(jù)時(shí)璃诀，同樣要計(jì)算出查詢數(shù)據(jù)所在的節(jié)點(diǎn)弧可，然后直接向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢請(qǐng)求以獲取數(shù)據(jù)。
相較于Memcached只能采用客戶端實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)劣欢，Redis更偏向于在服務(wù)器端構(gòu)建分布式存儲(chǔ)棕诵，但沒有采用一致性哈希，關(guān)于Redis集群分析見總結(jié)：分布式緩存Redis之cluster集群凿将。最新版本的Redis已經(jīng)支持了分布式存儲(chǔ)功能校套。Redis Cluster是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了分布式且允許單點(diǎn)故障的Redis高級(jí)版本，它沒有中心節(jié)點(diǎn)牧抵，具有線性可伸縮的功能笛匙。為了保證單點(diǎn)故障下的數(shù)據(jù)可用性，Redis Cluster引入了Master節(jié)點(diǎn)和Slave節(jié)點(diǎn)犀变。在Redis Cluster中妹孙，每個(gè)Master節(jié)點(diǎn)都會(huì)有對(duì)應(yīng)的兩個(gè)用于冗余的Slave節(jié)點(diǎn)。這樣在整個(gè)集群中获枝，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的宕機(jī)都不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不可用蠢正。當(dāng)Master節(jié)點(diǎn)退出后，集群會(huì)自動(dòng)選擇一個(gè)Slave節(jié)點(diǎn)成為新的Master節(jié)點(diǎn)映琳。
八机隙、Memcache支持多核多線程，Redis單線程操作
