redis为什么单线程这么快?

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(Hash),列表(List),集合(Set),有序集合(Sorted Set或者是ZSet)与范围查询,Bitmaps,Hyperloglogs 和地理空间(Geospatial)索引半径查询。其中常见的数据结构类型有:String、List、Set、Hash、ZSet这5种。

Redis采用的是基于内存的采用的是单进程单线程模型的 KV 数据库,由C语言编写,官方提供的数据是可以达到100000+的QPS(每秒内查询次数)。这个数据不比采用单进程多线程的同样基于内存的 KV 数据库 Memcached 差!有兴趣的可以参考官方的基准程序测试:https://redis.io/topics/benchmarks

横轴是连接数,纵轴是QPS。此时,这张图反映了一个数量级,希望大家在面试的时候可以正确的描述出来,不要问你的时候,你回答的数量级相差甚远!

Redis为什么这么快

1.纯内存操作

Redis是一个内存数据库,它的数据都存储在内存中,这意味着我们读写数据都是在内存中完成,这个速度是非常快的。

Redis是一个KV内存数据库,它内部构建了一个哈希表,根据指定的KEY访问时,只需要O(1)的时间复杂度就可以找到对应的数据。同时,Redis提供了丰富的数据类型,并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。

2.使用IO多路复用技术

Redis采用单线程,那么它是如何处理多个客户端连接请求呢?

Redis采用了IO多路复用技术和非阻塞IO,这个技术由操作系统实现提供,Redis可以方便地操作系统的API即可。Redis可以在单线程中监听多个Socket的请求,在任意一个Socket可读/可写时,Redis去读取客户端请求,在内存中操作对应的数据,然后再写回到Socket中。

整个过程非常高效,Redis利用了IO多路复用技术的事件驱动模型,保证在监听多个Socket连接的情况下,只针对有活动的Socket采取反应。

3.非CPU密集型任务

采用单线程的缺点很明显,无法使用多核CPU。Redis作者提到,由于Redis的大部分操作并不是CPU密集型任务,而Redis的瓶颈在于内存和网络带宽。

在高并发请求下,Redis需要更多的内存和更高的网络带宽,否则瓶颈很容易出现在内存不够用和网络延迟等待的情况。

当然,如果你觉得单个Redis实例的性能不足以支撑业务,Redis作者推荐部署多个Redis节点,组成集群的方式来利用多核CPU的能力,而不是在单个实例上使用多线程来处理。

4.单线程的优势

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:

  • 没有了多线程上下文切换的性能损耗
  • 没有了访问共享资源加锁的性能损耗
  • 开发和调试非常友好,可维护性高

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。

严格来说,Redis Server是多线程的,只是它的请求处理整个流程是单线程处理的。这一点我们一定要清楚了解到,不要单纯地认为Redis Server是单线程的!

Redis使用单线程,配合IO多路复用技术,可以完成多个连接的请求处理。而且正是由于它的使用定位是内存数据库,这样几乎所有的操作都在内存中完成,它的性能可以达到非常之高。

同时,单线程没有了线程上下文切换和访问共享资源加锁的性能损耗,而且单线程模型对程序的开发和调试非常友好,因此Redis使用单线程模型也就在情理之中了。

Redis在最近的版本也对多线程进行了优化,用于解决释放大内存数据和请求数据协议解析对Redis产生的性能影响,进一步提升了Redis的性能。

单线程结合上述场景可以达到非常高的性能,同时也存在耗时操作阻塞整个线程的问题,我们在使用Redis时要避免耗时过长的操作,才能更好地发挥Redis的性能。

 
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