Redis是单线程的，为什么还会这么快？

近段时间在看面试题，看到了这个问题的时候我一下就来了兴致，所以找资料深入研究了一下。

首先，我们先要去了解Redis是什么？

一、Redis简介

Redis是一个开源的内存中的数据结构存储系统，它可以用作：数据库、缓存、消息中间件。

它支持多种类型的数据结构：1、字符串（String），散列值（Hash），列表（List），集合（Set），有序集合（Sorted Set、ZSet） 与范围查询，Bitmaps，Hyperloglogs和地理空间(Geospatial）索引半径查询，最常见的数据结果类型由：String、List、Set、Hash、ZSet这五种。

Redis中内置了复制（Replication），LUA脚本（Lua scripting），LRU驱动事件（LRU evication），事务（Transactions）和不同级别的磁盘持久化（Persistence），并通过Redis哨兵（Sentinel），自动分区（Cluster）提供高可用性。

Redis也提供了持久化的选项，这些选项可以让用户将自己的数据保存到磁盘上面进行存储。根据实际情况，可以每隔一定时间将数据集导出到磁盘（快照），或者追加到命令日志中（AOF只追加文件），它会在执行写命令时，将被执行的写命令复制到磁盘里面，用户也可以自己关闭持久化功能，将Redis作为一个高效的网络的缓存数据功能使用。

Redis不使用表，它的数据库不会预定义或者强制要求用户对Redis存储的不同数据进行关联。

数据库的工作模式按照存储方式可分为：硬盘数据库和内存数据库，Redis将数据存储在内存里面，读写数据的时候都不会受硬盘I/O速度限制，所以速度非常快。

1、硬盘数据库的工作模式：

 

2、内存数据库工作模式

 

二、Redis到底有多快？

Redis采用的是基于内存的单进程单线程模型的KV数据库，由C语言编写，官网提供的数据是可以达到10w+的QPS（每秒内查询次数）。

这个数据不比采用单进程多线程的同样基于内存的 KV 数据库 Memcached 差！

三、Redis为什么这么快？

1、Redis完全基于内存，绝大多数请求都是单纯的内存操作，非常快速，数据存在内存中，类似HashMap，HashMap的优势就是查找和操作的时间复杂度都是O(1)；

2、数据结构简单，对数据的操作也简单，Redis中的数据结构是专门进行设计的；

3、采用单线程，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，不存在加锁释放锁的操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗；

4、采用多路 I / O 复用模型，非阻塞IO；

5、使用底层模型不同，它们之间底层实现方式以及客户端之间通信的应用协议不一样，Redis直接自己构建了VM机制，因为一般的系统调用系统函数的话，会浪费一定的时间去移动和请求；

四、Redis为什么是单线程的？

上面的分析都是在强调Redis很快，官网表示，因为Redis是基于内存的操作，CPU不是Redis的性能瓶颈，Redis的瓶颈是机器的内存大小和网络带宽，既然单线程容易实现，而且CPU不会成为瓶颈，所以自然而然就采用了单线程了，因为如果使用多线程的话，CPU会进行上下文操作，这是一个耗时的操作。

注意：我们所说的单线程，只是在处理网络请求的时候只有一个线程来处理，一个正式的Redis Server 运行的时候肯定不止一个线程，例如：Redis进行持久化的时候会以子进程的方式执行

五、注意点

1、我们知道Redis是用“单线程和多路复用IO模型”来实现高性能的内存数据服务的，这种机制避免了使用锁，但是同时这种机制在进行sunion之类的比较耗时的命令时会使redis 的并发下降。

因为是单一的线程，所以同一时刻只有一个操作在进行，所以，耗时的命令会导致并发下降，不只是读并发，写并发也会下降。而单一线程也只能用到一个CPU核心，所以可以在同一多核的服务器中，可以启动多个实例，组成master-master或者master-slave的形式，耗时的读命令可以完全在slave进行。

2、我们不能任由操作系统负载均衡，因为我们自己更了解自己的程序，所以，我们可以手动地为其分配cpu核，而不会过多地占用CPU，或是让我们关键进程和一堆别的进程挤在一起。

CPU是一个重要的影响因素，因为是单线程模式，Redis更喜欢大缓存快速CPU，而不是多核。