单线程的 Redis 为什么这么快？
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痴人终久别
2024-10-23 08:53:43
首先，Redis完全基于内存存储数据，这使得大部分请求直接在内存中完成，避免了磁盘IO读取带来的延迟，显著提高了性能。下图对比了不同存储系统的延迟，直观展示了内存存储在速度上的优势。
其次，Redis提供了五种数据类型（String、List、Hash、Set、SortedSet），每种数据类型底层采用了特定的数据结构来优化性能，如哈希表、链表等，确保了快速的读写操作。每种数据结构的优点，读者可以自行查询。
单线程设计在Redis中扮演着关键角色。虽然多线程模型能并发处理任务，但对Redis的性能提升有限。这是因为大多数线程在处理网络I/O时会被阻塞，而Redis的瓶颈更可能在于内存或网络带宽。单线程架构避免了上下文切换和CPU消耗，减少了竞争条件和锁的使用，降低了死锁风险，同时允许使用“线程不安全”命令，如Lpush，实现更简单高效的执行。
Redis采用基于网络I/O多路复用机制的线程模型，如select、poll、epoll，以非阻塞方式监听多个连接，提高了单线程处理并发连接的效率。这使得Redis能够以单线程方式高效地处理多个客户端的网络请求，降低网络I/O的延迟。
Redis使用Reactor模式的文件事件处理器，以单线程方式监听多个套接字，将事件分发给相应的事件处理器进行处理。这样，Redis能够在不引入额外线程的情况下，同时响应多个客户端请求，优化了网络通信效率。
在单线程模型下，Redis通过将接收、解析、执行、发送等操作顺序串行处理，实现了性能和可维护性的平衡。多个客户端的命令执行顺序不确定，但并发执行不会导致问题，确保了单线程模型的高效运行。
随着Redis6.0版本的发布，引入了多线程模型来优化网络I/O处理，充分利用CPU资源。这旨在减少网络I/O带来的性能损耗，而非替代单线程模型。默认情况下，多线程功能关闭，用户可以通过配置文件调整线程数量。官方建议线程数设置应小于机器核心数，避免性能瓶颈。
在多线程模式下，接收、发送和解析命令可以并行执行，以减少网络I/O延迟，而命令的执行（内存操作）依然保持单线程顺序执行，确保了并发安全。因此，Redis的多线程部分专注于优化网络I/O性能，而执行关键操作（内存操作）仍保持单线程运行，确保了系统的稳定性和性能优化。
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