Redis性能解析--Redis爲何那麼快？

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Redis的實際被應用都是由於它的性能，在衆多緩存中Redis也是一個比較快的中間件，並且它是單線程操做，沒有過的內存開銷，給程序帶來了更多的擴展空間。

Redis的性能展現

在保證網絡通暢的狀況下，相同的CPU和相同的Redis版本，處理不一樣大小的數據，Redis的吞吐量以下圖所示，該圖來自Redis的官方網站。咱們能夠在網站中看到。Redis在處理1000字節的數據的時候，都是穩定位置吞吐量在10w，當處理的數據不斷增大的時候，吞吐量才慢慢開始降低。 圖片來自redis官網

下圖是提供的QPS測試圖，官方提供的數據是能夠達到100000+的QPS（每秒內查詢次數）。 圖片來自redis官網

Redis爲何那麼快？

• 純內存KV操做
• 內部是單程實現的（不須要建立/銷燬線程，避免上下文切換，無併發資源競爭的問題）
• 異步非阻塞的I/O（多路複用）

存內存KV操做快在哪裏？

咱們從上面的介紹裏面咱們看到了Redis是一個純kv的操做。而且Redis絕大部分請求是純粹的內存操做，因此速度很是快。數據存在內存中，類型與存在hashMap中，那麼爲何那麼快呢？咱們能夠一塊兒來看一下幾種經常使用數據結構的對比，和他們的優點。

數據結構	操做	時間複雜度
List	insert	O(N)
List	select	O(1)
Set	insert	O(1)
Set	select	O(1)
HashMap	insert	O(1)
HashMap	select	O(1)

從上圖咱們能夠看出，HashMap的優點就是查找和操做的時間複雜度都是O（1）,因此Redis內部採用這種結構可以從根本上得到足夠的優點，當讓，Redis的快速不只僅是數據結構成就的，還有單程成和異步I/O

Redis爲何使用單線程？

Redis使用單線程就夠了！咱們能夠看到下圖中官網的描述，Redis的使用瓶頸並非CPU，它主要受到內存和網絡的限制。例如，使用在通常Linux系統上運行的流水線Redis每秒能夠發送一百萬個請求，所以，若是您的應用程序主要使用O（N）或O（log（N））命令，則幾乎不會使用過多的CPU 。

從描述中咱們能夠看到，Redis在使用的時候，使用單線程就已經可以獲取Redis足夠使用的CPU資源，主要的瓶頸在於內存。可是單線程爲何可以作到這麼快的速度的呢？

Redis使用單線程，相比於多線程快在哪裏？

從上面官網的介紹咱們看到了，Redis的瓶頸不在線程，不在獲取CPU的資源，因此若是使用多線程就會帶來多餘的資源佔用。好比上下文切換、資源競爭、鎖的操做。

• 上下文的切換
• • 上下文其實不難理解，它就是CPU寄存器和程序計數器。主要的做用就是存放沒有被分配到資源的線程，多線程操做的時候，不是每個線程都可以直接獲取到CPU資源的，咱們之因此可以看到咱們電腦上可以運行不少的程序，是應爲多線程的執行和CPU不斷對多線程的切換。可是總有線程獲取到資源，也總有線程須要等待獲取資源，這個時候，等待獲取資源的線程就須要被掛起，也就是咱們的寄存。這個時候咱們的上下文就產生了，當咱們的上下文再次被喚起，獲得資源的時候，就是咱們上下文的切換。
• 競爭資源
• • 競爭資源相對來講比較好理解，CPU對上下文的切換其實就是一種資源分批，可是在切換以前，到底切換到哪個上下文，就是資源競爭的開始。在我redis中因爲是單線程的，因此全部的操做都不會涉及到資源的競爭。
• 鎖的消耗
• • 對於多線程的狀況來說，不能迴避的就是鎖的問題。若是說多線程操做出現併發，有可能致使數據不一致，或者操做達不到預期的效果。這個時候咱們就須要鎖來解決這些問題。當咱們的線程不少的時候，就須要不斷的加鎖，釋放鎖，該操做就會消耗掉咱們不少的時間

I/O複用，非阻塞模型

對於I/O阻塞可能有不少人不知道，I/O操做的阻塞究竟是怎麼引發的，Redis又是怎麼解決的呢？

• I/O操做的阻塞：當用戶線程發出IO請求以後，內核會去查看數據是否就緒，若是沒有就緒就會等待數據就緒，而用戶線程就會處於阻塞狀態，用戶線程交出CPU。當數據就緒以後，內核會將數據拷貝到用戶線程，並返回結果給用戶線程，用戶線程才解除block狀態。
• Redis採用多路複用：I/O 多路複用實際上是在單個線程中經過記錄跟蹤每個sock（I/O流） 的狀態來管理多個I/O流。select, poll, epoll 都是I/O多路複用的具體的實現。epoll性能比其餘幾者要好。redis中的I/O多路複用的全部功能經過包裝常見的select、epoll、evport和kqueue這些I/O多路複用函數庫來實現的。

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