redis之单线程

一、redis为何是单线程

官方给出的答案:

因为 Redis 是基于内存的操作，CPU 不会成为 Redis 的瓶颈，而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

具体原因:

1) 不需要性能消耗的锁

redis 的 List，Hash 等复杂的数据类型，可能会进行细粒度的操作，如添加或者删除元素操作可能需要加锁，导致增加性能开销

2）单线程多进程集群方案

多线程比单线程有更高的性能，单机多线程也不一定能满足所有场景，此时需要多服务集群化，而多服务集群化中多线程可能用不上

 

3) CPU消耗

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

二、如何理解redis的单线程

redis的单线程不是指redis只会有一个线程，而是指redis处理请求(增删改查)时只会使用一个线程去执行

redis在执行其他操作的时候，可能会开启多个进程或线程，如持久化：redis执行BGSAVE指令，进行快照持久化时，就会fork出一个子进程，然后子进程去创建快照，完成持久化操作

redis单线程的基本模型: 

redis 客户端对服务端的每次调用都会经历发送命令，执行命令，返回结果三个过程

redis 是单线程来处理命令的，所有到达服务端的命令都不会立刻执行，所有的命令都会进入一个队列中，然后逐个执行，并且多个客户端发送的命令的执行顺序是不确定的，但是不会有两条命令同时执行，不会产生并发问题

三、单线程的redis为何高并发快

1) 基于内存

内存读写相比磁盘读写少了磁盘I/O

2) 单线程

redis是单线程的，单线程减少了上下文切换和竞争锁的消耗，同时保证了原子性

3) I/O多路复用

 I/O多路复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求，redis使用epoll作为I/O多路复用技术的实现。redis自身的事件处理模型将epoll中的连接、读写、关闭都转换为事件，不在网络I/O上浪费过多的时间

 

4) 高效的数据结构和合理的数据编码

redis基于不同的数据类型在底层使用了不同的数据结构，且redis对每种数据类型在底层使用多种不同的数据结构。不同场景下使用不同的数据结构和不同的编码

String：存储数字使int类型的编码；存储小于等于39Byte的字符串使用embstr编码；大于39Byte的字符串使用aw编码
List：元素个数小于512且元素的值都小于64Byte(默认)，使用ziplist编码；否则使用linkedlist编码
Hash：素个数小于512且所有值小于6464Byte使用ziplist编码；否则使用hashtable编码
Set：元素都是整数且元素个数小于512使用intset编码；否则使用hashtable编码
Zset：元素个数小于128且每个元素的值小于64Byte使用ziplist编码；否则使用skiplist编码

5)  虚拟内存机制

redis自己构建了VM机制 ，不会像一般的系统会调用系统函数处理，会浪费一定的时间去移动和请求

redis会暂时把不经常访问的数据(冷数据)从内存交换到磁盘中，从而腾出宝贵的内存空间用于其它需要访问的数据(热数据)，通过VM功能可以实现冷热数据分离，使热数据仍在内存中、冷数据保存到磁盘