?前言

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

但是，在內(nèi)部，Redis 采用單線程架構(gòu)。

為什么單線程設計依然會有這么高的性能？如果利用多線程并發(fā)處理請求不是更好嗎？

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個方面講解。

• 內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲
• 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

訪問 RAM 比磁盤快幾個數(shù)量級

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

Redis 中的每個讀寫操作都等同于從命中 RAM（隨機存取存儲器）的變量中讀取和寫入。

訪問 RAM 比直接訪問磁盤快幾個數(shù)量級，因此，Redis 比其他數(shù)據(jù)存儲快得多。

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，Redis 利用各種底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來高效地存儲數(shù)據(jù)，而無需擔心如何將它們持久化到持久存儲中。

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

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

簡而言之，無需擔心持久化數(shù)據(jù)，Redis 中的數(shù)據(jù)可以更有效地存儲，以便通過不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行快速檢索。

單線程架構(gòu)

單線程進程

Redis 的寫入和讀取速度極快，CPU 使用率對 Redis 來說從來都不是問題。

根據(jù) Redis 官方文檔，在普通 Linux 系統(tǒng)上運行時，Redis 每秒可以傳遞多達 100 萬個請求。

然而，瓶頸主要來自網(wǎng)絡 I/O。Redis 中的處理時間主要浪費在等待網(wǎng)絡 I/O 上。

雖然多線程架構(gòu)允許應用程序通過上下文切換并發(fā)處理任務，但 Redis 的性能提升是微乎其微的，因為大多數(shù)線程最終會在 I/O 中被阻塞。

通過采用單線程架構(gòu)，Redis有下面的幾個好處：

• 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
• 減少鎖開銷，因為多線程應用程序需要鎖來進行線程同步，這很容易出錯
• 能夠使用各種“線程不安全”命令，例如 lpush

非阻塞 I/O

為了處理傳入的請求，服務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)絡緩沖區(qū)讀取到用戶空間。

這通常是一個阻塞操作，線程被阻塞并且在完全接收到來自客戶端的數(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)已準備好讀取時才調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用？

這就是 I/O 多路復用發(fā)揮作用的地方。

I/O 多路復用模塊同時監(jiān)視多個套接字，并且只返回可讀的套接字。

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

簡而言之，

• 由于其阻塞性質(zhì)，網(wǎng)絡 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 有意識地做出以下決定：

• 使用 I/O 多路復用來緩解緩慢的網(wǎng)絡 I/O 問題
• 使用單線程架構(gòu)減少鎖開銷

總結(jié)

綜上所述，單線程架構(gòu)是Redis團隊經(jīng)過時間考驗的深思熟慮的選擇。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)存儲之一。