Redis - Redis为什么这么快？

1. Redis为什么这么快？

1. 数据结构简单，对数据操作也简单，Redis 中的数据结构是专门进行设计的；
2. 基于内存实现，读写速度快；
3. Redis 是单线程的，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗；
4. 使用IO多路复用模型：Redis 利用 epoll 来实现IO多路复用，可以处理并发的连接，将连接信息和事件放到队列中，依次放到文件事件分派器，事件分派器将事件分发给事件处理器；
5. 简单的自定义协议：rest协议（Redis客户端与Redis服务器通讯的协议）。

1.1 高效的数据结构

Redis的底层数据结构一共有六种，分别是：

• 简单动态字符串（SDS）
• hash表（散列表/字典）
• 链表
• 跳表
• 整型数组
• 压缩列表

1.2 基于内存

内存直接由 CPU 控制，也就是 CPU 内部集成的内存控制器，所以说内存是直接与 CPU 对接，享受与 CPU 通信的最优带宽。

Redis 将数据存储在内存中，读写操作不会因为磁盘的 IO 速度限制。

CPU 不是 Redis 的瓶颈，Redis 的瓶颈最有可能是机器内存的大小或者网络带宽。

在计算机的世界中，CPU的速度是远大于内存的速度的，同时内存的速度也是远大于硬盘的速度。Redis 的操作都是基于内存的，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常迅速。

1.3 单线程

Redis 是单线程的，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗。

Redis 的单线程主要是指 Redis 的网络 IO 和键值对读写是由一个线程来完成的，即一个线程处理所有网络请求，这也是 Redis 对外提供键值存储服务的主要流程。但 Redis 的其他功能，比如持久化、异步删除、集群数据同步等，其实是由额外的线程执行的。

1.4 IO多路复用程序

Redis 利用 epoll 来实现IO多路复用，可以处理并发的连接，将连接信息和事件放到队列中，依次放到文件事件分派器，事件分派器将事件分发给事件处理器。

非阻塞 IO 内部实现采用 epoll，采用了 epoll + 自己实现的简单的事件框架。epoll 中的读、写、关闭、连接都转化成了事件，然后利用 epoll 的多路复用特性，绝不在 IO 上浪费一点时间。

1.5 Redis的自定义协议

Redis客户端使用RESP（Redis的序列化协议）协议与Redis的服务器端进行通信。 它实现简单，解析快速并且人类可读。

RESP 支持以下数据类型：简单字符串、错误、整数、批量字符串和数组。

RESP 在 Redis 中用作请求-响应协议的方式如下：

• 客户端将命令作为批量字符串的 RESP 数组发送到 Redis 服务器。
• 服务器根据命令实现以其中一种 RESP 类型进行回复。

在 RESP 中，某些数据的类型取决于第一个字节：

• 对于简单字符串，回复的第一个字节是“+”
• 对于错误，回复的第一个字节是“-”
• 对于整数，回复的第一个字节是“:”
• 对于批量字符串，回复的第一个字节是“$”
• 对于数组，回复的第一个字节是“*”

此外，RESP 能够使用稍后指定的批量字符串或数组的特殊变体来表示 Null 值。在 RESP 中，协议的不同部分总是以“\r\n”（CRLF）终止。

2. Redis的一些常见问题

2.1 为什么不采用多进程或多线程处理？

1. 多线程处理可能涉及到锁。
2. 多线程处理会涉及到线程切换而消耗 CPU。

2.2 单线程处理的缺点？

1. 耗时的命令会导致并发的下降，不只是读并发，写并发也会下降。

如：keys 全量遍历键，用来列出所有满足特定正则字符串规则的key，当redis数据量比较大时， 性能比较差，要避免使用

2. 无法发挥多核 CPU 性能，不过可以通过在单机开多个 Redis 实例来完善。

2.3 Redis 不存在线程安全问题？

Redis 采用了线程封闭的方式，把任务封闭在一个线程，自然避免了线程安全问题，不过对于需要依赖多个 Redis 操作（即多个 Redis 操作命令）的复合操作来说，依然需要锁，而且有可能是分布式锁。

2.4 高性能的服务器一定是多线程的？多线程一定比单线程效率高？

Redis将所有的数据全部放在内存中，使用单线程去操作效率比较高，对于多线程，CPU 会有上下文切换，这种操作耗时，对于内存系统来说，没有上下文切换，效率相对是高的。

Redis使用单进程的模式来处理客户端的请求，对大部分事件的响应都是通过 epoll 函数的加强封装，Redis 的实际处理速度依靠主进程的执行效率，epoll 可以显著提高程序在大量并发连接中系统的 CPU 利用率