为什么单线程的Redis这么快？

程序员文章站 2022-04-28 11:43:25

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、缓存和消息中间件。它支持多种类型的数据结构，如字符串（strings），散列（hashes），列表（lists），集合（sets），有序集合（sorted sets）等。二. Redis为什么这么快 ......

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、缓存和消息中间件。它支持多种类型的数据结构，如字符串（strings），散列（hashes），列表（lists），集合（sets），有序集合（sorted sets）等。

二. redis为什么这么快

完全基于内存，绝大部分请求是纯粹的内存操作。　
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。　
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，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗。　　
使用多路i/o复用模型，非阻塞io。　
使用底层模型不同，它们之间底层实现方式以及与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。

三. 多路i/o复用模型

多路i/o复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 i/o 事件的能力，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有 i/o 事件时，就从阻塞态中唤醒，于是程序就会轮询一遍所有的流（epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流），并且只依次顺序的处理就绪的流，这种做法就避免了大量的无用操作。　　
　　这里“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 i/o 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求（尽量减少网络 io 的时间消耗），且 redis 在内存中操作数据的速度非常快，也就是说内存内的操作不会成为影响redis性能的瓶颈，主要由以上几点造就了 redis 具有很高的吞吐量。

下面举一个例子，模拟一个tcp服务器处理30个客户socket。假设你是一个老师，让30个学生解答一道题目，然后检查学生做的是否正确，你有下面几个选择：

第一种选择：按顺序逐个检查，先检查a，然后是b，之后是c、d。。。这中间如果有一个学生卡主，全班都会被耽误。这种模式就好比，你用循环挨个处理socket，根本不具有并发能力。
第二种选择：你创建30个分身，每个分身检查一个学生的答案是否正确。这种类似于为每一个用户创建一个进程或者线程处理连接。
第三种选择，你站在讲台上等，谁解答完谁举手。这时c、d举手，表示他们解答问题完毕，你下去依次检查c、d的答案，然后继续回到讲台上等。此时e、a又举手，然后去处理e和a。。。这种就是io复用模型，linux下的select、poll和epoll就是干这个的。将用户socket对应的fd注册进epoll，然后epoll帮你监听哪些socket上有消息到达，这样就避免了大量的无用操作。此时的socket应该采用非阻塞模式。这样，整个过程只在调用select、poll、epoll这些调用的时候才会阻塞，收发客户消息是不会阻塞的，整个进程或者线程就被充分利用起来，这就是事件驱动，所谓的reactor模式。