前言

Redis是一種基于鍵值對(duì)(Key-Value)的NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，Redis的Value可以由String，hash，list，set，zset，Bitmaps，HyperLogLog等多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法組成。Redis還提供了鍵過(guò)期，發(fā)布訂閱，事務(wù)，Lua腳本，哨兵，Cluster等功能。Redis執(zhí)行命令的速度非常快，根據(jù)官方給的性能可以達(dá)到10w+qps。那么本文主要介紹到底R(shí)edis快在哪里，主要有以下幾點(diǎn)：

一.開(kāi)發(fā)語(yǔ)言

現(xiàn)在我們都用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編程，比如Java、python等。也許你會(huì)覺(jué)得C語(yǔ)言很古老，但是它真的很有用，畢竟unix系統(tǒng)就是用C實(shí)現(xiàn)的，所以C語(yǔ)言是非常貼近操作系統(tǒng)的語(yǔ)言。Redis就是用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，所以執(zhí)行會(huì)比較快。

另外多說(shuō)一句，大學(xué)生們好好學(xué)C，會(huì)讓你更好的理解計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。別覺(jué)得學(xué)了高級(jí)語(yǔ)言就可以不用關(guān)注底層，欠的債總歸要還的。此處推薦一本比較難啃的書《深入理解計(jì)算系統(tǒng)》。

二.純內(nèi)存訪問(wèn)

Redis將所有數(shù)據(jù)放在內(nèi)存中，非數(shù)據(jù)同步正常工作中，是不需要從磁盤讀取數(shù)據(jù)的，0次IO。內(nèi)存響應(yīng)時(shí)間大約為100納秒，這是Redis速度快的重要基礎(chǔ)。先看看CPU的速度：

拿我的電腦來(lái)說(shuō)，主頻是3.1G，也就是說(shuō)每秒可以執(zhí)行3.1*10^9個(gè)指令。所以說(shuō)CPU看世界是非常非常慢的，內(nèi)存比它慢百倍，磁盤比他慢百萬(wàn)倍，你說(shuō)快不快？

借了一張《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》的圖，展示了一個(gè)典型的存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)，在L0層，CPU可以在一個(gè)時(shí)鐘周期訪問(wèn)到，基于SRAM的高速緩存春續(xù)期，可以在幾個(gè)CPU時(shí)鐘周期訪問(wèn)到，然后是基于DRAM的主存，可以在幾十到幾百個(gè)時(shí)鐘周期訪問(wèn)到他們。

三.單線程

第一，單線程簡(jiǎn)化算法的實(shí)現(xiàn)，并發(fā)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不但困難且測(cè)試也麻煩。第二，單線程避免了線程切換以及加鎖釋放鎖帶來(lái)的消耗，對(duì)于服務(wù)端開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，鎖和線程切換通常是性能殺手。當(dāng)然了，單線程也會(huì)有它的缺點(diǎn)，也是Redis的噩夢(mèng)：阻塞。如果執(zhí)行一個(gè)命令過(guò)長(zhǎng)，那么會(huì)造成其他命令的阻塞，對(duì)于Redis是十分致命的，所以Redis是面向快速執(zhí)行場(chǎng)景的數(shù)據(jù)庫(kù)。

除了Redis之外，Node.js也是單線程，Nginx也是單線程，但他們都是服務(wù)器高性能的典范。

四.非阻塞多路I/O復(fù)用機(jī)制

在這之前先要說(shuō)一下傳統(tǒng)的阻塞I/O是如何工作的：當(dāng)使用read或者write對(duì)某一文件描述符（File Descriptor FD）進(jìn)行讀寫的時(shí)候，如果數(shù)據(jù)沒(méi)有收到，那么該線程會(huì)被掛起，直到收到數(shù)據(jù)。阻塞模型雖然易于理解，但是在需要處理多個(gè)客戶端任務(wù)的時(shí)候，不會(huì)使用阻塞模型。

I/O多路復(fù)用實(shí)際上是指多個(gè)連接的管理可以在同一進(jìn)程。多路是指網(wǎng)絡(luò)連接，復(fù)用只是同一個(gè)線程。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中，I/O多路復(fù)用起的作用是一次性把多個(gè)連接的事件通知業(yè)務(wù)代碼處理，處理的方式由業(yè)務(wù)代碼來(lái)決定。在I/O多路復(fù)用模型中，最重要的函數(shù)調(diào)用就是I/O 多路復(fù)用函數(shù)，該方法能同時(shí)監(jiān)控多個(gè)文件描述符（fd）的讀寫情況，當(dāng)其中的某些fd可讀/寫時(shí)，該方法就會(huì)返回可讀/寫的fd個(gè)數(shù)。

Redis使用epoll作為I/O多路復(fù)用技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，再加上Redis自身的事件處理模型將epoll的read、write、close等都轉(zhuǎn)換成事件，不在網(wǎng)絡(luò)I/O上浪費(fèi)過(guò)多的時(shí)間。實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)FD讀寫的監(jiān)控，提高性能。

舉個(gè)形象的例子吧。比如一個(gè)tcp服務(wù)器處理20個(gè)客戶端socket。A方案：順序處理，如果第一個(gè)socket因?yàn)榫W(wǎng)卡讀數(shù)據(jù)處理慢了，一阻塞后面都玩蛋去。B方案：每個(gè)socket請(qǐng)求都創(chuàng)建一個(gè)分身子進(jìn)程來(lái)處理，不說(shuō)每個(gè)進(jìn)程消耗大量系統(tǒng)資源，光是進(jìn)程切換就夠操作系統(tǒng)累的了。C方案（I/O復(fù)用模型，epoll）：將用戶socket對(duì)應(yīng)的fd注冊(cè)進(jìn)epoll（實(shí)際上服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間傳遞的不是socket的fd而是fd_set的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），然后epoll只告訴哪些需要讀/寫的socket，只需要處理那些活躍的、有變化的socket fd的就好了。這樣，整個(gè)過(guò)程只在調(diào)用epoll的時(shí)候才會(huì)阻塞，收發(fā)客戶消息是不會(huì)阻塞的。