?前言

作為內(nèi)存中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，Redis 以其速度和性能著稱，通常被用作大多數(shù)后端服務(wù)的緩存解決方案。

但是，在內(nèi)部，Redis 采用單線程架構(gòu)。

為什么單線程設(shè)計(jì)依然會(huì)有這么高的性能？如果利用多線程并發(fā)處理請(qǐng)求不是更好嗎？

在本文中，讓我們深入探討為什么 Redis 才有單線程架構(gòu)，依然如此之快，主要從下面4個(gè)方面講解。

• 內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
• 優(yōu)良的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 單線程架構(gòu)
• 非阻塞IO

讓我們一一剖析。

內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

訪問(wèn) RAM 比磁盤(pán)快幾個(gè)數(shù)量級(jí)

Redis 是一個(gè)基于內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，也就是上面表的RAM。

Redis 中的每個(gè)讀寫(xiě)操作都等同于從命中 RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）的變量中讀取和寫(xiě)入。

訪問(wèn) RAM 比直接訪問(wèn)磁盤(pán)快幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，Redis 比其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)快得多。

優(yōu)良的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

作為內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，Redis 利用各種底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)高效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而無(wú)需擔(dān)心如何將它們持久化到持久存儲(chǔ)中。

例如，Redis 列表是使用鏈表實(shí)現(xiàn)的，該鏈表允許在列表的頭部和尾部附近進(jìn)行恒定時(shí)間 O(1) 的插入和刪除。

另一方面，Redis 排序集是通過(guò)跳躍列表實(shí)現(xiàn)的，它可以實(shí)現(xiàn)更快的查詢和插入。

簡(jiǎn)而言之，無(wú)需擔(dān)心持久化數(shù)據(jù)，Redis 中的數(shù)據(jù)可以更有效地存儲(chǔ)，以便通過(guò)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速檢索。

單線程架構(gòu)

單線程進(jìn)程

Redis 的寫(xiě)入和讀取速度極快，CPU 使用率對(duì) Redis 來(lái)說(shuō)從來(lái)都不是問(wèn)題。

根據(jù) Redis 官方文檔，在普通 Linux 系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)，Redis 每秒可以傳遞多達(dá) 100 萬(wàn)個(gè)請(qǐng)求。

然而，瓶頸主要來(lái)自網(wǎng)絡(luò) I/O。Redis 中的處理時(shí)間主要浪費(fèi)在等待網(wǎng)絡(luò) I/O 上。

雖然多線程架構(gòu)允許應(yīng)用程序通過(guò)上下文切換并發(fā)處理任務(wù)，但 Redis 的性能提升是微乎其微的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)線程最終會(huì)在 I/O 中被阻塞。

通過(guò)采用單線程架構(gòu)，Redis有下面的幾個(gè)好處：

• 最小化由于線程創(chuàng)建或銷毀引起的 CPU 消耗
• 最大限度地減少由于上下文切換引起的 CPU 消耗
• 減少鎖開(kāi)銷，因?yàn)槎嗑€程應(yīng)用程序需要鎖來(lái)進(jìn)行線程同步，這很容易出錯(cuò)
• 能夠使用各種“線程不安全”命令，例如 lpush

非阻塞 I/O

為了處理傳入的請(qǐng)求，服務(wù)器需要在套接字上調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用以將數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)讀取到用戶空間。

這通常是一個(gè)阻塞操作，線程被阻塞并且在完全接收到來(lái)自客戶端的數(shù)據(jù)之前什么都不做。

為什么我們不在確定套接字中的數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好讀取時(shí)才調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用？

這就是 I/O 多路復(fù)用發(fā)揮作用的地方。

I/O 多路復(fù)用模塊同時(shí)監(jiān)視多個(gè)套接字，并且只返回可讀的套接字。

準(zhǔn)備好讀取的套接字被推送到單線程事件循環(huán)，并由相應(yīng)的處理程序使用??Reactor Pattern??進(jìn)行處理。

簡(jiǎn)而言之，

• 由于其阻塞性質(zhì)，網(wǎng)絡(luò) I/O 很慢
• Redis內(nèi)存操作速度快，Redis收到命令后可以快速執(zhí)行

因此，Redis 有意識(shí)地做出以下決定：

• 使用 I/O 多路復(fù)用來(lái)緩解緩慢的網(wǎng)絡(luò) I/O 問(wèn)題
• 使用單線程架構(gòu)減少鎖開(kāi)銷

總結(jié)

綜上所述，單線程架構(gòu)是Redis團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗(yàn)的深思熟慮的選擇。盡管是單線程的，Redis 仍然是性能最高和最常用的內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之一。