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Redis過期多線程：多種優(yōu)化策略的實(shí)踐
Redis是一款非常流行的緩存數(shù)據(jù)庫，它被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的比較大型的網(wǎng)站或應(yīng)用系統(tǒng)中，因?yàn)槠渚哂懈咝阅?、高可擴(kuò)展性、高可用性等優(yōu)點(diǎn)。在使用Redis過程中，經(jīng)常會遇到緩存過期的問題，這在一定程度上會降低Redis的性能。為了降低這種性能的影響，我們可以采用多種優(yōu)化策略來進(jìn)行處理，其中非常常用的一個策略就是使用多線程。
Redis過期策略
在Redis中，緩存過期采用了一種精確的過期策略。具體而言，Redis內(nèi)部會有一個過期字典，其中保存著所有的鍵值對的過期時間信息，針對于每個鍵值對，Redis會根據(jù)其過期時間與當(dāng)前時間的差值來判斷其是否已經(jīng)過期，如果已經(jīng)過期，那么Redis會將其從相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中刪除，以釋放相應(yīng)的內(nèi)存空間。
這種精確的過期策略雖然能夠保證數(shù)據(jù)過期的準(zhǔn)確性，但是其在處理大量的過期鍵值對時性能會有所下降。因?yàn)樵趧h除過期鍵值對的時候，Redis會逐個取出每個鍵值對，然后進(jìn)行過期時間與當(dāng)前時間的比較，這使得每次過期檢查需要消耗大量的CPU時間和IO資源。
多線程優(yōu)化
為了解決Redis過期操作的性能問題，我們可以采用多線程的方式來進(jìn)行優(yōu)化。一般而言，我們可以開啟多個線程來進(jìn)行并發(fā)的過期檢查和刪除操作，從而提高Redis的性能。具體而言，我們可以將Redis的過期字典劃分為多個小的字典，然后為每個小的字典開啟一個線程，這些線程可以并發(fā)的進(jìn)行過期檢查和刪除操作，從而避免了Redis進(jìn)行單線程的操作，提高了整個系統(tǒng)的處理能力。
代碼實(shí)踐
具體而言，我們可以使用Redis源碼中的evict.c文件來進(jìn)行多線程優(yōu)化的實(shí)踐。在evict.c中，Redis會開啟一個單獨(dú)的線程來專門處理過期鍵值對的刪除操作。我們只需要對該文件進(jìn)行修改，使其支持多線程操作即可。
在該文件頭部，我們需要引入頭文件pthread.h，以支持線程的操作。
#include
然后，在Redis的initServer()函數(shù)中，我們需要開啟多個線程，可以定義一個函數(shù)來進(jìn)行線程的創(chuàng)建和啟動。
void create_expired_threads(int num_threads) {
pthread_t expired_threads[num_threads];
for (int i = 0; i
pthread_create(&expired_threads[i], NULL, expire_keys_thread, NULL);
}
}
這里，我們定義了一個名為create_expired_threads()的函數(shù)，該函數(shù)接收一個整數(shù)參數(shù)num_threads，代表線程的數(shù)量。然后，我們創(chuàng)建一個數(shù)組expired_threads來保存所有的線程，然后使用for循環(huán)依次創(chuàng)建并啟動每個線程。其中，pthread_create()函數(shù)用于創(chuàng)建一個新的線程，它的第三個參數(shù)expire_keys_thread是我們自定義的函數(shù)，它用于完成過期鍵值對的檢查和刪除操作。
接下來，我們需要在evictionPolicyExpire()函數(shù)中調(diào)用create_expired_threads()函數(shù)，以啟動多個線程。
if (g_pserver->lazyfree_lazy_expire) {
/* ... */
}
else {
create_expired_threads(num_threads);
}
這里，我們使用了一個if語句來判斷l(xiāng)azyfree_lazy_expire是否開啟。如果開啟了，那么就會采用惰性刪除的方式，否則就會啟動多個線程進(jìn)行并發(fā)的過期檢查和刪除操作。
在expire_keys_thread()函數(shù)中，我們需要實(shí)現(xiàn)過期鍵值對的檢查和刪除操作。具體而言，我們可以根據(jù)Redis的精確過期策略，采用逐個遍歷每個鍵值對的方式來進(jìn)行操作。
static void *expire_keys_thread(void *arg) {
serverAssert(arg == NULL);
while (1) {
/* ... */
unsigned long num_skipped = 0;
for (j = 0; j size; j++) {
dictEntry *de;
dictIterator *di;
unsigned long long now = mstime();
if (lp->dicts[j].dict == NULL) continue; /* The slot is NULL... */
di = dictGetSafeIterator(lp->dicts[j].dict);
while((de = dictNext(di)) != NULL) {
robj *key = dictGetKey(de);
/* ... */
}
/* ... */
}
}
return NULL;
}
這里，我們定義了一個名為expire_keys_thread()的函數(shù)，該函數(shù)將被多個線程并發(fā)的調(diào)用。其中，字典lp代表整個過期字典，它被劃分為多個小的字典，每個小字典都被分配給了一個線程來處理。對于每個線程，我們使用一個while循環(huán)來實(shí)現(xiàn)過期檢查和刪除操作。具體而言，我們使用dictGetSafeIterator()函數(shù)來獲取當(dāng)前字典的迭代器，然后使用while循環(huán)逐個遍歷每個鍵值對，并根據(jù)其過期時間與當(dāng)前時間的比較來進(jìn)行刪除操作。其中，dictNext()函數(shù)用于獲取下一個鍵值對。
同時，我們還需要注意，由于多個線程同時修改lp中的字典結(jié)構(gòu)，因此需要進(jìn)行加鎖操作。具體而言，我們可以使用pthread_mutex_t來實(shí)現(xiàn)互斥鎖的控制。
pthread_mutex_t expired_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_lock(&expired_mutex);
/* perform expire operation */
pthread_mutex_unlock(&expired_mutex);
在overwrite_random_keys()函數(shù)中，我們還需要進(jìn)行相關(guān)的代碼修改，使其在寫操作時能夠支持加鎖操作。
/* ... */
item_removed ? touchWatchedKeyOnReplication(argv[i]) : 0;
pthread_mutex_unlock(&hash_table[hash].lock);
總結(jié)
在實(shí)現(xiàn)Redis過期多線程操作時，我們采用了多個策略來進(jìn)行優(yōu)化，包括精確過期策略、多線程操作、互斥鎖等。通過這些優(yōu)化，我們可以大大提高Redis的性能，特別是在大規(guī)模并發(fā)操作下可以更好的滿足其性能需求。
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本文名稱：Redis過期多線程多種優(yōu)化策略的實(shí)踐（redis過期多線程）
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