Redis为什么是单线程的?

Redis为什么是单线程的?

1.前言

近些年来，由于网络的发展，我们做的项目的用户量也随之递增。在项目中增加了必不可少的一环：缓存。并且在平时的面试中，缓存也是必问的一个知识点。就目前来说，redis和memcached 是最主流的缓存解决方案，并且redis尤其占比极大。今天让我们探究一下redis中的一个知识点，redis为什么是单线程的？

首先先让我们简单认识redis？让不清楚的同学有个大概认知。

2.简介

redis是一个key-value存储系统。和Memcached类似，它支持存储的value类型相对更多，包括string(字符串)、list(链表)、set(集合)、zset(sorted set --有序集合)和hash（哈希类型）。这些数据类型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更丰富的操作，而且这些操作都是原子性的。

在此基础上，redis支持各种不同方式的排序。与memcached一样，为了保证效率，数据都是缓存在内存中。区别的是redis会周期性的把更新的数据写入磁盘或者把修改操作写入追加的记录文件，并且在此基础上实现了master-slave(主从)同步。

redis在实际开发中，可以用作数据库、缓存以及消息中间件等等。

3.redis为什么是单线程的？

关于redis为什么是单线程这个问题，我们可以先去官方提供的回答看一下：

Redis is single threaded. How can I exploit multiple CPU / cores?
It's not very frequent that CPU becomes your bottleneck with Redis, as usually Redis is either memory or network bound. For instance, using pipelining Redis running on an average Linux system can deliver even 1 million requests per second, so if your application mainly uses O(N) or O(log(N)) commands, it is hardly going to use too much CPU.

However, to maximize CPU usage you can start multiple instances of Redis in the same box and treat them as different servers. At some point a single box may not be enough anyway, so if you want to use multiple CPUs you can start thinking of some way to shard earlier.

You can find more information about using multiple Redis instances in the Partitioning page.

However with Redis 4.0 we started to make Redis more threaded. For now this is limited to deleting objects in the background, and to blocking commands implemented via Redis modules. For the next releases, the plan is to make Redis more and more threaded.

官方大概就是这么个意思：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。并且在一个普通的linux系统上使用流水线操作redis，每秒就可以支撑1000000个请求。虽然单线程的方式无法发挥多核CPU的性能，不过可以通过单机开多个redis实例来完善。

上述内容也提到，在redis4.0之后，也会开始支持多线程的方式。但是仅限于一些后台删除对象等的操作。

深究一下：

1.CPU消耗

redis 核心就是如果我的数据全都在内存里，我单线程的去操作就是效率最高的。为什么呢，因为多线程的本质就是 CPU 模拟出来多个线程的情况，这种模拟出来的情况就有一个代价，就是上下文的切换，上面我们提到了，上下文的切换时很耗性能的。而对于一个内存的系统来说，它没有上下文的切换就是效率最高的。redis 用 单个CPU 绑定一块内存的数据，然后针对这块内存的数据进行多次读写的时候，都是在一个CPU上完成的，所以它是单线程处理这个事。

2.不需要各种锁的性能消耗

Redis的数据结构并不全是简单的Key-Value，还有list，hash等复杂的结构，这些结构有可能会进行很细粒度的操作，比如在很长的列表后面添加一个元素，在hash当中添加或者删除

一个对象。这些操作可能就需要加非常多的锁，导致的结果是同步开销大大增加。

总之，在单线程的情况下，就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

3.单线程多进程集群方案

单线程的威力实际上非常强大，每核心效率也非常高，多线程自然是可以比单线程有更高的性能上限，但是在今天的计算环境中，即使是单机多线程的上限也往往不能满足需要了，需要进一步摸索的是多服务器集群化的方案，这些方案中多线程的技术照样是用不上的。

所以单线程、多进程的集群不失为一个时髦的解决方案。

4.Redis单线程的优劣势

1.单进程单线程优势

1. 代码更清晰，处理逻辑更简单
2. 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
3. 不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗CPU

2.单进程单线程弊端

1. 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；