爲何單線程的redis那麼快

這是我參與8月更文挑戰的第4天，活動詳情查看：8月更文挑戰

redis單機QPS

./redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q
SET: 82101.80 requests per second
LPUSH: 82440.23 requests per second
複製代碼

在本身的電腦上測試SET和LPUSH10萬次，能夠發現每秒SET和LPUSH大概在8w多，接近官方說的單機10w qps的寫。

爲何這麼快

內存型數據庫

redis徹底是基於內存的，絕大部分請求是純粹的內存操做，因此很是快速。

簡單的數據結構

redis目前支持5種數據類型（string、list、hash、set、zset），數據結構相對簡單，操做起來也相對快速。

sds數據結構

對於string來講，redis採用SDS方式來組織數據：

這種數據的核心思想就是空間換時間

1. 空間預分配：當空間擴展時，不只分配所需空間，還會分配額外的空間

• 分配後sds長度小於1M，那麼也分配一樣大小的額外空間，假設一個key修改後 len=13，那麼也分配free=13，最後buf=13+13+1=27
• 若是分配後len大於等於1M，那麼額外固定分配1M，假設修改後len=30M，分配free=1M，最後buf=30M+1M+1byte

2. 惰性空間釋放

• 假設有個len=13，free=13的字符串，這時候若是字符變短了len=10，那麼額外的3個byte的空間也不會回收，先放在free裏面，這時候free=16

經過這種分配方式，某些場景下能夠減小內存申請的次數，從而達到必定的快速

跳躍表

redis的有序集合，採用的跳躍表的數據結構，經過層來加快訪問其餘節點

每一個節點會隨機一個層高，好比o1節點能夠經過L4層直接跳到o3,跨度是2，redis的有序集合就是經過這種方式來加快節點之間的訪問的。

單線程

redis採用單線程模型，單線程的好處在於避免了多線程對數據競爭的問題，加鎖的問題，上下文切換的問題。
據官方解釋，redis的瓶頸不在cpu，而在內存或者網絡的帶寬，綜合考慮而後就採用了單線程。這裏說的單線程是指處理網絡請求時只是用一個線程，redis自己在持久化的時候仍是會用到額外的線程的。

redis4.0的多線程

redis4.0開始也支持了多線程，固然只是針對部分命令採用的是多線程，例如：UNLINK、FLUSHALL 、ASYNC、FLUSHDB。引入這些的目的是：在某些狀況下，儘量的提高效率，假設有一個key大到幾十M，這時DEL這個key的時候，可能會短暫的阻塞，這時若是用unlink來刪除，剛開始只是刪除這個key，真正的value是後臺線程去刪除的。

IO多路複用

redis採用了非阻塞的IO多路複用技術。redis自己就是一個事件驅動程序，redis把socket抽象成文件事件。這裏說的IO多路複用就是文件事件處理器以單線程的方式，來監聽相關的套接字（accept、read、write、close）。

因爲IO多路複用程序是一個單線程，那麼當多個socket到來時，確定要排隊，它們老是以隊列的方式順序地處理。

C10K問題

在沒有IO多路複用的時候，假設如今有10000個客戶端鏈接（fd1-10000），可是隻有1個客戶端有發數據，然而計算機並不知道哪一個fd有數據，只能遍歷10000次，每次都要陷入內核，開銷比較大，並且實際上9999次都是浪費的。

IO多路複用

IO多路複用的意思就是多個網路IO即爲多個TCP鏈接 複用一個進程或者線程，這種模型最大的好處就是不用爲每一個鏈接建立一個進程或者線程。比較經典的模型就是 select、poll、epoll。

1. select：select(fds)，一次性把fds交給內核，而後內核告訴哪些fd可讀可寫（內核本身遍歷，而不用用戶遍歷，將屢次的系統調用變成1次系統調用）。fds最大是1024，這也決定了select模型最大併發是1024。
2. poll：和select差很少，只不過併發不止1024了，能夠更多
3. epoll: select和poll的缺點是內核遍歷的時間複雜度是O(n)，雖然用戶態不用遍歷了，減小了陷入內核的次數，可是內核仍是要遍歷的。epoll的優勢就是內核也不須要遍歷了，當用戶把fds傳給內核時，而後依賴硬件中斷，好比當網卡有數據到來時，就會中斷告訴cpu，cpu就知道哪一個fd有數據到達了。

redis默認採用epoll，除非系統不支持。

總結

1. redis是內存型數據庫
2. redis特殊的數據結構
3. 單線程避免鎖的競爭
4. io多路複用

以上4點是單線程redis快的主要緣由。