爲何說Redis是單線程的？

近乎全部與Java相關的面試都會問到緩存的問題，基礎一點的會問到什麼是「二八定律」、「熱數據和冷數據」 ，複雜的會問到緩存雪崩、緩存穿透、緩存預熱、緩存更新、緩存降級等問題，這些看似不常見的概念，都與咱們的緩存服務器相關，通常經常使用的緩存服務器有Redis、Memcached等，而筆者目前最經常使用的也只有Redis這一種。

若是你在之前面試的時候尚未遇到面試官問你：爲何說Redis是單線程或者Redis爲何這麼快？，那麼你看到這篇文章的時候，你應該以爲是一件很幸運的事情！若是你恰好是一位高逼格的面試官，你也能夠拿這道題去面試對面「望穿秋水」般的小夥伴，測試一下他的掌握程度。

好啦！步入正題！咱們先探討一下Redis是什麼，Redis爲何這麼快、而後在探討一下爲何Redis是單線程的？

1、Redis簡介

Redis是一個開源的內存中的數據結構存儲系統，它能夠用做：數據庫、緩存和消息中間件。

它支持多種類型的數據結構，如字符串（Strings）、散列（Hash）、列表（List）、集合（Set）、有序集合（Sorted Set或者是ZSet）與範圍查詢、Bitmaps、Hyperloglogs 和地理空間（Geospatial）索引半徑查詢。其中常見的數據結構類型有：String、List、Set、Hash、ZSet這5種。

Redis內置了複製（Replication），LUA腳本（Lua scripting）， LRU驅動事件（LRU eviction），事務（Transactions） 和不一樣級別的磁盤持久化（Persistence），並經過 Redis哨兵（Sentinel）和自動分區（Cluster）提供高可用性（High Availability）。

Redis也提供了持久化的選項，這些選項可讓用戶將本身的數據保存到磁盤上面進行存儲。根據實際狀況，能夠每隔必定時間將數據集導出到磁盤（快照），或者追加到命令日誌中（AOF只追加文件），他會在執行寫命令時，將被執行的寫命令複製到硬盤裏面。您也能夠關閉持久化功能，將Redis做爲一個高效的網絡的緩存數據功能使用。

Redis不使用表，他的數據庫不會預約義或者強制去要求用戶對Redis存儲的不一樣數據進行關聯。

數據庫的工做模式按存儲方式可分爲：硬盤數據庫和內存數據庫。Redis 將數據儲存在內存裏面，讀寫數據的時候都不會受到硬盤 I/O 速度的限制，因此速度極快。

一、硬盤數據庫的工做模式：

二、內存數據庫的工做模式：

看完上述的描述，對於一些常見的Redis相關的面試題，是否有所認識了，例如：什麼是Redis、Redis常見的數據結構類型有哪些、Redis是如何進行持久化的等。

2、Redis到底有多快

Redis採用的是基於內存的採用的是單進程單線程模型的 KV 數據庫，由C語言編寫，官方提供的數據是能夠達到100000+的QPS（每秒內查詢次數）。這個數據不比採用單進程多線程的一樣基於內存的 KV 數據庫 Memcached 差！有興趣的能夠參考官方的基準程序測試：https://redis.io/topics/bench...

橫軸是鏈接數，縱軸是QPS。此時，這張圖反映了一個數量級，但願你們在面試的時候能夠正確的描述出來，不要問你的時候，你回答的數量級相差甚遠！

3、Redis爲何這麼快

一、徹底基於內存，絕大部分請求是純粹的內存操做，很是快速。數據存在內存中，相似於HashMap，HashMap的優點就是查找和操做的時間複雜度都是O(1)；

二、數據結構簡單，對數據操做也簡單，Redis中的數據結構是專門進行設計的；

三、採用單線程，避免了沒必要要的上下文切換和競爭條件，也不存在多進程或者多線程致使的切換而消耗 CPU，不用去考慮各類鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖操做，沒有由於可能出現死鎖而致使的性能消耗；

四、使用多路I/O複用模型，非阻塞IO；

五、使用底層模型不一樣，它們之間底層實現方式以及與客戶端之間通訊的應用協議不同，Redis直接本身構建了VM 機制 ，由於通常的系統調用系統函數的話，會浪費必定的時間去移動和請求；

以上幾點都比較好理解，下邊咱們針對多路 I/O 複用模型進行簡單的探討：

多路I/O複用模型是利用 select、poll、epoll 能夠同時監察多個流的 I/O 事件的能力，在空閒的時候，會把當前線程阻塞掉，當有一個或多個流有 I/O 事件時，就從阻塞態中喚醒，因而程序就會輪詢一遍全部的流（epoll 是隻輪詢那些真正發出了事件的流），而且只依次順序的處理就緒的流，這種作法就避免了大量的無用操做。

這裏「多路」指的是多個網絡鏈接，「複用」指的是複用同一個線程。採用多路 I/O 複用技術可讓單個線程高效的處理多個鏈接請求（儘可能減小網絡 IO 的時間消耗），且 Redis 在內存中操做數據的速度很是快，也就是說內存內的操做不會成爲影響Redis性能的瓶頸，主要由以上幾點造就了 Redis 具備很高的吞吐量。

除了這些，針對當前互聯網公司的技術需求以及結合主流技術，我本身整理了一套系統的架構技術體系，當你技術過硬的時候，可以解決技術問題纔會服衆。很多公司都很重視高併發高可用的技術，特別是一線互聯網公司，分佈式、JVM、spring源碼分析、微服務等知識點已經是面試的必考題，這些東西可能大家平時在工做中接觸過，可是缺乏的全面系統的學習，加入後端開發羣：943918498，或是關注微信公衆號：Java資訊庫，回覆「架構」，免費領取架構資料。

4、那麼爲何Redis是單線程的

咱們首先要明白，上邊的種種分析，都是爲了營造一個Redis很快的氛圍！官方FAQ表示，由於Redis是基於內存的操做，CPU不是Redis的瓶頸，Redis的瓶頸最有多是機器內存的大小或者網絡帶寬。既然單線程容易實現，並且CPU不會成爲瓶頸，那就瓜熟蒂落地採用單線程的方案了（畢竟採用多線程會有不少麻煩！）。

看到這裏，你可能會氣哭！本覺得會有什麼重大的技術要點才使得Redis使用單線程就能夠這麼快，沒想到就是一句官方看似糊弄咱們的回答！可是，咱們已經能夠很清楚的解釋了爲何Redis這麼快，而且正是因爲在單線程模式的狀況下已經很快了，就沒有必要在使用多線程了！

可是，咱們使用單線程的方式是沒法發揮多核CPU 性能，不過咱們能夠經過在單機開多個Redis 實例來完善！

警告1：這裏咱們一直在強調的單線程，只是在處理咱們的網絡請求的時候只有一個線程來處理，一個正式的Redis Server運行的時候確定是不止一個線程的，這裏須要你們明確的注意一下！例如Redis進行持久化的時候會以子進程或者子線程的方式執行（具體是子線程仍是子進程待讀者深刻研究）；例如我在測試服武器上查看Redis進程，而後找到該進程下的線程：

ps命令的「-T」參數表示顯示線程（Show threads, possibly with SPID column.）「SID」欄表示線程ID，而「CMD」欄則顯示了線程名稱。

警告2：在上圖中FAQ中的最後一段，表述了從Redis 4.0版本開始會支持多線程的方式，可是，只是在某一些操做上進行多線程的操做！因此該篇文章在之後的版本中是否仍是單線程的方式須要讀者考證！

5、擴展

如下也是你應該知道的幾種模型，祝你的面試一臂之力！

一、單進程多線程模型：MySQL、Memcached、Oracle（Windows版本）；

二、多進程模型：Oracle（Linux版本）；

三、Nginx有兩類進程，一類稱爲Master進程(至關於管理進程)，另外一類稱爲Worker進程（實際工做進程）。啓動方式有兩種：

（1）單進程啓動：此時系統中僅有一個進程，該進程既充當Master進程的角色，也充當Worker進程的角色。

（2）多進程啓動：此時系統有且僅有一個Master進程，至少有一個Worker進程工做。

（3）Master進程主要進行一些全局性的初始化工做和管理Worker的工做；事件處理是在Worker中進行的。