今天給大家分享一下Redis為什么速度這么快的原因，之前有一個(gè)小伙伴對Redis的內(nèi)核原理掌握的一知半解，跟我們說出去面試的時(shí)候，面試官問他為什么Redis速度這么快，結(jié)果他就說一個(gè)Redis是單線程的，回答的非常簡單。

結(jié)果呢，自然面試官是非常的不滿意了，后來隨便問了幾個(gè)問題就讓他走了回去等通知了，實(shí)際上也不能說回答的就不對，但是必須要說的是，人家問你redis為什么快，結(jié)果你就回答一個(gè)因?yàn)槭菃尉€程，那肯定回答的是很不好，而且很不全面！??！

因?yàn)閞edis的超高性能決定了他能抗超高并發(fā)，不知道大家能否理解這里的關(guān)系？比如說我現(xiàn)在有一個(gè)線程來處理請求，一個(gè)請求需要耗費(fèi)100ms，那我一秒也就處理10個(gè)請求，對不對？那如果我一個(gè)請求耗費(fèi)1ms呢？我每秒可以處理1000個(gè)請求對不對？那如果我一個(gè)請求只要微秒級呢，比如就0.1ms，或者0.01ms呢？

是不是我就可以每秒處理了10000個(gè)請求，甚至10w個(gè)請求了？這是不是就可以高并發(fā)了？所以大家可以記住一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，高性能并不一定是為了高并發(fā)去做的，但是如果你要實(shí)現(xiàn)高并發(fā)是肯定要高性能的！

哪怕你是開多線程，甚至是開多個(gè)虛擬線程，協(xié)程等，你確實(shí)可以n多并發(fā)請求一起處理，但是只要你每個(gè)請求處理太慢了，那一定是歇菜，最后你的實(shí)際并發(fā)處理能力還是會拉下來的！所以大家往往都知道redis是高性能而且高并發(fā)的，但是對這個(gè)底層的原理一定要能夠全面的掌握，出去面試聊到redis，要全面的把redis說清楚！

下面我們就來系統(tǒng)性的分析一下redis為什么會這么快？

一、Redis的單線程模型

首先，我們要明確一點(diǎn)，Redis確實(shí)是單線程的。但這并不意味著Redis就只有一個(gè)線程在工作。實(shí)際上，Redis的工作模型是基于事件的，它使用了一個(gè)主線程來處理所有的客戶端請求，而其他的后臺線程則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的持久化、客戶端連接的管理等任務(wù)。

Redis的單線程模型簡化了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問和修改操作，避免了多線程環(huán)境下的競態(tài)條件、線程切換和鎖的開銷。這使得Redis在執(zhí)行命令時(shí)能夠保持極高的效率。

所以聊到redis很快的時(shí)候，單線程模型是沒問題的，確實(shí)是單線程在處理所有的請求，而且走了一個(gè)io多路復(fù)用，所以可以一個(gè)線程監(jiān)聽和處理大量客戶端并發(fā)發(fā)過來的請求，但是大家可以考慮一下，正如上面我們說的，如果你要高并發(fā)的話，是不是你每個(gè)請求的處理速度要超快？基本上就得在0.1ms這個(gè)級別，然后才能單機(jī)輕松每秒上萬并發(fā)，對不對？

所以，其實(shí)redis速度超快的一個(gè)核心原因，還在于他所有的操作都是基于內(nèi)存來做的！也就是說redis可以認(rèn)為是一種基于內(nèi)存的kv數(shù)據(jù)庫，當(dāng)然你也可以認(rèn)為他是一種緩存系統(tǒng)，但是其實(shí)把他內(nèi)存kv數(shù)據(jù)庫也是沒問題的！

所以正是因?yàn)樗腔趦?nèi)存的，所以redis 6.0以前都是用的是單線程工作模型，一個(gè)線程io多路復(fù)用監(jiān)聽所有客戶端的請求，然后自己處理請求，基于內(nèi)存做數(shù)據(jù)操作，單線程模型好處就在于不用對內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加鎖了，避免了加鎖同步的等待開銷，進(jìn)一步提升了性能，否則多線程模型還要頻繁對內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加鎖串行，也很影響性能！

不過要注意的事redis 6.0以后引入了多線程模型，但是在redis 6.0以前主要還是單線程模型為主的！

二、高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

接著上面說，Redis之所以快，除了單線程模型外，還得益于它使用了一系列高效的內(nèi)存里的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Redis的每種數(shù)據(jù)類型都有其特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來支持，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅優(yōu)化了內(nèi)存的使用，還提高了數(shù)據(jù)操作的效率。

例如，Redis的字符串類型使用了SDS（Simple Dynamic String）來存儲，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅能夠動態(tài)地?cái)U(kuò)展和縮減內(nèi)存，還能減少內(nèi)存的碎片化。而列表類型則使用了雙向鏈表或壓縮列表來實(shí)現(xiàn)，這使得列表的插入和刪除操作都能在O(1)的時(shí)間復(fù)雜度內(nèi)完成。

正是有一堆高效設(shè)計(jì)的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以redis基于內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作的時(shí)候，效率非常的高！

三、內(nèi)存的高效使用

那既然Redis是一種基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫，它的所有數(shù)據(jù)都存儲在內(nèi)存中。相比于磁盤I/O操作，內(nèi)存訪問的速度要快得多。而Redis在內(nèi)存使用上也做了很多優(yōu)化。

首先，Redis使用了一種叫做“內(nèi)存分配器”的東西來管理內(nèi)存的分配和釋放。這個(gè)內(nèi)存分配器能夠根據(jù)數(shù)據(jù)的大小和類型來動態(tài)地調(diào)整內(nèi)存的使用，減少了內(nèi)存的浪費(fèi)。

其次，Redis還使用了一種叫做“LRU（Least Recently Used）”的算法來淘汰長時(shí)間未訪問的數(shù)據(jù)，這保證了內(nèi)存的有效利用。

說白了就是redis為了保證高性能，一個(gè)單線程模型避免并發(fā)同步加鎖，一個(gè)基于內(nèi)存來高速操作，一個(gè)就是對內(nèi)存的使用在內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)存分配管理上做了深度優(yōu)化，這些決定了redis的超高性能。

四、I/O多路復(fù)用

Redis使用了I/O多路復(fù)用技術(shù)來處理客戶端的請求。這意味著Redis能夠同時(shí)監(jiān)聽多個(gè)客戶端的連接，并在有數(shù)據(jù)可讀或可寫時(shí)立即進(jìn)行處理。這種技術(shù)使得Redis能夠高效地處理大量的并發(fā)連接，而不需要為每個(gè)連接都創(chuàng)建一個(gè)線程或進(jìn)程。這不僅減少了線程切換的開銷，還提高了系統(tǒng)的吞吐量。

這個(gè)其實(shí)也很關(guān)鍵，因?yàn)閞edis速度要快，那么就必須可以一個(gè)線程同時(shí)監(jiān)聽大量的客戶端連接的請求，這樣大量客戶端請求并發(fā)過來，一個(gè)線程才可以快速的輪詢所有請求，每個(gè)請求都快速的 基于內(nèi)存在0.1ms量級以內(nèi)快速完成，甚至是0.01ms量級，這樣就可以在每秒輕松處理1w甚至幾萬，十萬個(gè)請求了！

五、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

Redis在網(wǎng)絡(luò)方面也做了很多優(yōu)化來提高性能。首先，Redis使用了TCP/IP協(xié)議來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，這使得數(shù)據(jù)的傳輸更加穩(wěn)定和高效。

其次，Redis還使用了一種叫做“Pipeline”的技術(shù)來減少網(wǎng)絡(luò)往返次數(shù)。通過Pipeline，客戶端可以將多個(gè)命令一次性發(fā)送給Redis服務(wù)器，并由服務(wù)器一次性返回結(jié)果，這大大降低了網(wǎng)絡(luò)延遲。

六、持久化機(jī)制

雖然Redis是一種基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫，但它也提供了持久化的機(jī)制來將數(shù)據(jù)保存到磁盤上。Redis的持久化主要有兩種方式：RDB和AOF。

RDB是一種快照式的持久化方式，它會在指定的時(shí)間間隔內(nèi)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到磁盤上。而AOF則是一種追加式的持久化方式，它會將每個(gè)寫操作都追加到文件的末尾。

這兩種持久化方式都可以保證數(shù)據(jù)的可靠性，并且在恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)也非常高效。

這個(gè)持久化的機(jī)制也很關(guān)鍵，因?yàn)樗麤Q定了redis可以把內(nèi)存數(shù)據(jù)持久化到磁盤，也決定了redis不光是做緩存，還可以做kv數(shù)據(jù)庫，而且基于后臺線程異步持久化也可以保證redis純內(nèi)存操作，進(jìn)一步確保了redis速度很快。

七、總結(jié)

所以Redis之所以快，并不是僅僅因?yàn)樗褂昧藛尉€程模型，還得益于它高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)存的高效使用、I/O多路復(fù)用、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及持久的機(jī)制等多方面的因素。在未來的學(xué)習(xí)和工作中，我們要更加注重對技術(shù)細(xì)節(jié)的深入探究和理解，不斷提高自己的技術(shù)水平。同時(shí)，我也希望這篇文章能夠幫助到那些對Redis感興趣的朋友們，讓我們一起在技術(shù)的道路上不斷前行！