聊聊 Redis 单线程为什么这么快

众所周知，Redis 在内存数据库领域内，可谓是独领风骚，应用非常广泛。这主要得益于其丰富的数据类型和极高的性能。

我们可能也听说了，Redis 是单线程的，并且在面试中也会经常被问到 “为什么单线程的 Redis 性能这么快？”，这篇文章我们就聊聊此问题。

首先，我们需要先领清楚一个事实，我们通常说的 Redis 是单线程，主要是指它的网络请求和执行命令的流程是单线处理的，而整个 Redis Server 是多线程的 。比如持久化、lazyfree、集群数据同步等都是额外的线程处理的。

所以，严格来说，Redis 并不是单线程，但是我们一般把 Redis 称为单线程高性能。接下来，我也会把 Redis 称为单线程模式。而且，这也会促使你紧接着提问：“为什么用单线程？为什么单线程能这么快？”

为什么使用单线程

官方FAQ表示，因为 Redis 是基于内存的操作，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。既然单线程容易实现，而且 CPU 不会成为瓶颈，那就顺理成章地采用单线程的方案了。

本想着会有很高大上的技术，没想到就是一句官方看似糊弄我们的回答！但是，我们已经可以很清楚的解释了为什么Redis这么快，并且正是由于在单线程模式的情况下已经很快了，就没有必要在使用多线程了！

基于内存的操作

Redis 是一个 Key-value 内存数据库，它内部构是一个哈希表，根据指定的 Key 访问时，计算出 Key 的 hash 值后，只需要 O(1) 的时间复杂度就可以快速的定位到对应的数据。同时，Redis 提供了丰富的数据类型，并且其底层也是用了高效的哈希表、跳表等高性能的数据结构，同时也使用高效的操作方式进行操作，这些操作都在内存中进行，并不会大量消耗 CPU 资源，所以速度极快。

IO多路复用技术

Linux 中的 IO 多路复用机制是指一个线程处理多个 IO 流，也就是我们经常听到的 select / epoll 机制。Redis 网络框架调用 epoll 机制，让内核监听这些套接字。此时，Redis 线程不会阻塞在某一个特定的监听或已连接套接字上，也就是说，不会阻塞在某一个特定的客户端请求处理上。正因为此，Redis 可以同时和多个客户端连接并处理请求，从而提升并发性。

同时，Redis 利用了 IO 多路复用技术的事件驱动模型，这样，Redis 无需一直轮询是否有请求实际发生，这就可以避免造成 CPU 资源浪费。同时，Redis 在对事件队列中的事件进行处理时，会调用相应的处理函数，这就实现了基于事件的回调。因为 Redis 一直在对事件队列进行处理，所以能及时响应客户端请求，提升 Redis 的响应性能。

单线程的优点

基于以上特性，Redis采用单线程已足够达到非常高的性能，所以 Redis 没有采用多线程模型。

另外，单线程模型还带了以下好处：

代码更清晰，处理逻辑更简单
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
不存在多进程或者多线程导致的切换而导致的消耗

所以Redis正是基于以上这些方面，所以采用了单线程模型来完成请求处理的工作。

单线程的缺点

如果某个请求是比较耗时的操作，那么整个Redis就会阻塞住，其他请求也无法进来，直到这个耗时久的操作处理完成并返回，其他请求才能被处理到。
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

多线程优化

Redis4.0 之后，Redis引入了lazyfree的机制，提供了unlink、flushall aysc、flushdb async等命令和lazyfree-lazy-eviction、lazyfree-lazy-expire等机制来异步释放内存，它主要是为了解决在释放大内存数据导致整个redis阻塞的性能问题。
Redis 6.0 又引入了多线程来完成请求数据的协议解析，进一步提升性能。它主要是解决高并发场景下，单线程解析请求数据协议带来的压力。请求数据的协议解析由多线程完成之后，后面的请求处理阶段依旧还是单线程排队处理。

总结

Redis是纯内存数据库，一般都是简单的存取操作，所有读写速度都很快
再说一下 IO，Redis使用的是非阻塞IO，IO多路复用。
Redis采用了单线程的模型，保证了每个操作的原子性，也减少了线程的上下文切换和竞争。
另外，数据结构也帮了不少忙，Redis全程使用 hash 结构，读取速度快，还有一些特殊的数据结构，对数据存储进行了优化，如压缩表，对短数据进行压缩存储，再如，跳表，使用有序的数据结构加快读取的速度。
还有一点，Redis采用自己实现的事件分离器，效率比较高，内部采用非阻塞的执行方式，吞吐能力比较大。