redis | pipeline（管道）

背景

Redis是一種基于客戶端-服務(wù)端模型以及請(qǐng)求/響應(yīng)的TCP服務(wù)。這意味著通常情況下一個(gè)請(qǐng)求會(huì)遵循以下步驟：

• 客戶端向服務(wù)端發(fā)送一個(gè)查詢請(qǐng)求，并監(jiān)聽(tīng) Socket 返回，通常是以阻塞模式，等待服務(wù)端響應(yīng)。
• 服務(wù)端處理命令，并將結(jié)果返回給客戶端。

Redis 客戶端與 Redis 服務(wù)器之間使用 TCP 協(xié)議進(jìn)行連接，一個(gè)客戶端可以通過(guò)一個(gè) socket 連接發(fā)起多個(gè)請(qǐng)求命令。每個(gè)請(qǐng)求命令發(fā)出后 client 通常會(huì)阻塞并等待 redis 服務(wù)器處理，redis 處理完請(qǐng)求命令后會(huì)將結(jié)果通過(guò)響應(yīng)報(bào)文返回給 client，因此當(dāng)執(zhí)行多條命令的時(shí)候都需要等待上一條命令執(zhí)行完畢才能執(zhí)行。

Redis本身是基于一個(gè)Request一個(gè)Response方式的同步請(qǐng)求，正常情況下，客戶端發(fā)送一個(gè)命令，等待Redis服務(wù)器返回結(jié)果，Redis服務(wù)器接收到命令，處理后響應(yīng)結(jié)果給客戶端。

無(wú)論網(wǎng)絡(luò)延如何延時(shí)，數(shù)據(jù)包總是能從客戶端到達(dá)服務(wù)器，并從服務(wù)器返回?cái)?shù)據(jù)回復(fù)客戶端。 這個(gè)時(shí)間被稱之為 RTT (Round Trip Time - 往返時(shí)間)。

如果同時(shí)需要執(zhí)行大量的命令，那么就要等待上一條命令應(yīng)答后再執(zhí)行，這中間不僅僅多了RTT（Round Time Trip），而且還頻繁調(diào)用系統(tǒng)IO，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，同時(shí)需要redis調(diào)用多次read() 和write()系統(tǒng)方法，系統(tǒng)方法會(huì)將數(shù)據(jù)從用戶態(tài)轉(zhuǎn)移到內(nèi)核態(tài)，這樣就會(huì)對(duì)進(jìn)程上下文有比較大的影響了。

什么是流水線（pipeline）

官網(wǎng)：https://redis.io/docs/manual/pipelining/

管道（pipeline）可以一次性發(fā)送多條命令并在執(zhí)行完后一次性將結(jié)果返回，pipeline 通過(guò)減少客戶端與 redis 的通信次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)降低往返延時(shí)時(shí)間，而且 Pipeline 實(shí)現(xiàn)的原理是隊(duì)列，而隊(duì)列的原理是時(shí)先進(jìn)先出，這樣就保證數(shù)據(jù)的順序性。

通俗點(diǎn)：pipeline就是把一組命令進(jìn)行打包，然后一次性通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到Redis。同時(shí)將執(zhí)行的結(jié)果批量的返回回來(lái)。

pipeline，將多個(gè)命令一次執(zhí)行，一次發(fā)送出去，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)時(shí)間。 pipeline技術(shù)最顯著的優(yōu)勢(shì)是提高了 redis 服務(wù)的性能。

管道技術(shù)并不是Redis特有的技術(shù)，管道技術(shù)往往需要客戶端-服務(wù)器的共同配合，大部分工作任務(wù)其實(shí)是在客戶端完成，很顯然Redis支持管道技術(shù)，按照官網(wǎng)的意思，Redis的最低版本就考慮了管道技術(shù)的支持性設(shè)計(jì)。

如下圖，多個(gè)連續(xù)的incr指令，使用pipeline（管道）后，多個(gè)連續(xù)的incr指令只會(huì)花費(fèi)一次網(wǎng)絡(luò)來(lái)回開銷，這個(gè)開銷會(huì)隨著n數(shù)值的增大，大幅減少網(wǎng)絡(luò)io開銷，從而提升整體服務(wù)的性能。管道技術(shù)優(yōu)化的是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)暮臅r(shí)時(shí)間。

總結(jié)：使用管道技術(shù)可以解決多個(gè)命令執(zhí)行時(shí)的網(wǎng)絡(luò)等待，它是把多個(gè)命令整合到一起發(fā)送給服務(wù)器端處理之后統(tǒng)一返回給客戶端，這樣就免去了每條命令執(zhí)行后都要等待的情況，從而有效地提高了程序的執(zhí)行效率，但使用管道技術(shù)也要注意避免發(fā)送的命令過(guò)大，或管道內(nèi)的數(shù)據(jù)太多而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)阻塞。

適用場(chǎng)景

如果出現(xiàn)集中大批量的請(qǐng)求時(shí)，因?yàn)槊總€(gè)請(qǐng)求都要經(jīng)歷先請(qǐng)求再響應(yīng)的過(guò)程，這就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，此時(shí)就需要管道技術(shù)來(lái)把所有的命令整合一次發(fā)給服務(wù)端，再一次響應(yīng)給客戶端，這樣就能大大的提升了 Redis 的響應(yīng)速度。

要求實(shí)時(shí)性也沒(méi)那么高，但是最求高性能，這時(shí)候用 pipeline 最好了。

benchmark壓測(cè)pipeline

使用Redis提供的benchmark對(duì)Redis進(jìn)行性能測(cè)試，
如過(guò)你是Windows下的Redis，在安裝目錄下有個(gè)redis-benchmark.exe，進(jìn)入cmd命令模式測(cè)試即可。
如果你是在Linux下的redis，在安裝目錄的src目錄下有個(gè)redis-benchmark

通過(guò)普通方式測(cè)試set指令和pipeline方式測(cè)試set指令，可以看到Redis服務(wù)不同的QPS：

普通set方式，Redis QPS 大概在5.3萬(wàn)左右
當(dāng)使用pipeline set時(shí)，隨著管道內(nèi)并行請(qǐng)求數(shù)量的增加，Redis QPS可以達(dá)到100萬(wàn)以上

代碼測(cè)試-python： StrictRedis

#引入模塊
#這個(gè)模塊中提供了StrictRedis對(duì)象，?于連接redis服務(wù)器，并按照不同類型提供 了不同?法，進(jìn)?交互操作

from redis import StrictRedis

我們使用 StrictRedis客戶端提供的 Pipeline 對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)管道技術(shù)。首先先獲取 Pipeline 對(duì)象，再為 Pipeline 對(duì)象設(shè)置需要執(zhí)行的命令，最后再使用excute() 方法來(lái)統(tǒng)一執(zhí)行這些命令，代碼如下：

from redis import StrictRedis
redis_cli = StrictRedis(host="xx", port=xx, password="xx", db=xx, decode_responses=True)
import time
def main():
    t1 = time.time()
    pipe = redis_cli.pipeline()
    num = 1
    for i in range(100):
        pipe.set("name_" + str(num), num)
        pipe.delete("name_" + str(num))
        num += 1
    pipe.execute()
    t2 = time.time()
    print(t2-t1)

接下來(lái)我們用普通的命令執(zhí)行此循環(huán)，看下程序的執(zhí)行時(shí)間，代碼如下：

def test():
    t1 = time.time()
    num = 10000
    for i in range(100):
        redis_cli.set("test_" + str(num), num)
        redis_cli.delete("test_" + str(num))
        num += 10
    t2 = time.time()
    print(t2 - t1)

從結(jié)果可以看出，管道的執(zhí)行時(shí)間是0.165秒，而普通命令執(zhí)行時(shí)間是9.09秒，管道技術(shù)要比普通的執(zhí)行快了 56 倍。

代碼測(cè)試-java：Jedis使用pipeline

package com.liziba.redis;

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.Pipeline;
 
import java.io.IOException;

public class PipelineTest {
 
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Jedis client = new Jedis("127.0.0.1", 6379);
 
        long startPipe = System.currentTimeMillis();
        Pipeline pipe = client.pipelined();
        pipe.multi();
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            pipe.set("pipe" + i, i + "" );
        }
        pipe.exec();
        pipe.close();
        long endPipe = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("pipeline set cost time : " + (endPipe - startPipe) + "ms");
 
 
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            client.set("normal" + i, i + "");
        }
        System.out.println("normal set cost time : " + (System.currentTimeMillis() - endPipe)+ "ms");
    }
}

pipeline注意事項(xiàng)

管道技術(shù)雖然有它的優(yōu)勢(shì)，但在使用時(shí)還需注意以下幾個(gè)細(xì)節(jié)：

• 每次pipeline攜帶數(shù)量不推薦過(guò)大，否則會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)性能
• 如果管道的數(shù)據(jù)過(guò)多可能會(huì)導(dǎo)致客戶端的等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞
• 發(fā)送的命令數(shù)量不會(huì)被限制，但輸入緩存區(qū)也就是命令的最大存儲(chǔ)體積為 1GB，當(dāng)發(fā)送的命令超過(guò)此限制時(shí)，命令不會(huì)被執(zhí)行，并且會(huì)被 Redis 服務(wù)器端斷開此鏈接
• pipeline每次只能作用在一個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)上
• 部分客戶端自己本身也有緩存區(qū)大小的設(shè)置，如果管道命令沒(méi)有沒(méi)執(zhí)行或者是執(zhí)行不完整，可以排查此情況

參考資料

分布式緩存Redis之Pipeline（管道）

URL: https://blog.csdn.net/u011489043/article/details/78769428
【推薦】Redis精通系列——Pipeline（管道）
參考URL: https://blog.csdn.net/qq_41125219/article/details/120298689
Redis的批量操作是什么？怎么實(shí)現(xiàn)的延時(shí)隊(duì)列？以及訂閱模式、LRU
參考URL: https://baijiahao.baidu.com/s?id=1687918953043523907

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