3.6 为什么 Redis 是单线程的

参考地址：https://blog.csdn.net/ChineseSoftware/article/details/122562476

官方答案
因为 Redis 是基于内存的操作，CPU 不是 Redis 的瓶颈。Redis 的瓶颈最有可能是机器内存的大小或者网络带宽。既然单线程容易实现，而且 CPU 不会成为瓶颈，那就顺理成章地采用单线程的方案了。

• 性能指标

  关于 Redis 的性能，官方网站也有，普通笔记本轻松处理每秒几十万的请求

• 详细原因

1）不需要各种锁的性能消耗
Redis 的数据结构并不全是简单的 Key-Value，还有 list，hash 等复杂的结构。这些结构有可能会进行很细粒度的操作，比如在很长的列表后面添加一个元素，在 hash 当中添加或者删除一个对象。这些操作可能就需要加非常多的锁，导致的结果是同步开销大大增加。
总之，在单线程的情况下，代码更清晰，处理逻辑更简单，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗，不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU。

2）单线程多进程的集群方案
单线程的威力实际上非常强大，每核效率也非常高。多线程自然是可以比单线程有更高的性能上限，但是在今天的计算环境中，即使是单机多线程的上限也往往不能满足需要了，需要进一步摸索的是多服务器集群化的方案，这些方案中多线程的技术照样是用不上的。所以单线程、多进程的集群不失为一个时髦的解决方案。

3）CPU 消耗
采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU。但是如果 CPU 成为 Redis 瓶颈，或者不想让服务器其他 CPU 核闲置，那怎么办？
可以考虑多起几个 Redis 进程，Redis 是 key-value 数据库，不是关系数据库，数据之间没有约束。只要客户端分清哪些 key 放在哪个 Redis 进程上就可以了。

3.6.1 Redis的单线程理解

Redis 客户端对服务端的每次调用都经历了发送命令，执行命令，返回结果三个过程。其中执行命令阶段，由于 Redis 是单线程来处理命令的，所有到达服务端的命令都不会立刻执行，所有的命令都会进入一个队列中，然后逐个执行，并且多个客户端发送的命令的执行顺序是不确定的，但是可以确定的是不会有两条命令被同时执行，不会产生并发问题，这就是 Redis 的单线程基本模型。

Redis 服务器通过 socket (套接字)与客户端或其他 Redis 服务器进行连接，而文件事件就是服务器对 socket 操作的抽象。服务器与客户端或其他服务器的通信会产生相应的文件事件，而服务器通过监听并处理这些事件来完成一系列网络通信操作。

Redis 基于 Reactor 模式开发了自己的网络事件处理器——文件事件处理器，文件事件处理器使用 I/O 多路复用程序来同时监听多个 socket，并根据 socket 目前执行的任务来为 socket 关联不同的事件处理器。当被监听的 socket 准备好执行连接应答、读取、写入、关闭等操作时，与操作相对应的文件事件就会产生，这时文件事件处理器就会调用 socket 之前已关联好的事件处理器来处理这些事件。

文件事件处理器的构成

注意：其中 I/O 多路复用程序通过队列向文件事件分派器传送 socket

I/O多路复用技术
Redis 采用网络 I/O 多路复用技术，来保证在多连接的时候系统的高吞吐量。关于 I/O 多路复用(又被称为“事件驱动”)，首先要理解的是，操作系统为你提供了一个功能，当你的某个 socket 可读或者可写的时候，它可以给你一个通知。这样当配合非阻塞的 socket 使用时，只有当系统通知我哪个描述符可读了，我才去执行 read 操作，可以保证每次 read 都能读到有效数据而不做纯返回 -1 和 EAGAIN 的无用功，写操作类似。

操作系统的这个功能是通过 select/poll/epoll/kqueue 之类的系统调用函数来实现，这些函数都可以同时监视多个描述符的读写就绪状况，这样，多个描述符的 I/O 操作都能在一个线程内并发交替地顺序完成，这就叫 I/O 多路复用。多路—指的是多个 socket 连接，复用—指的是复用同一个 Redis 处理线程。多路复用主要有三种技术：select，poll，epoll。epoll 是最新的也是目前最好的多路复用技术。

采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求(尽量减少网络 I/O 的时间消耗)，且 Redis 在内存中操作数据的速度非常快，也就是说内存内的操作不会成为影响 Redis 性能的瓶颈，基于这两点 Redis 具有很高的吞吐量。

3.6.2 单线程的 Redis 为何高并发快

Redis 利用队列技术将并发访问变为串行访问，消除了传统数据库串行控制的开销。

• Redis 的高并发和快速原因

1. Redis 是基于内存的，内存的读写速度非常快。
2. Redis 是单线程的，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗。
3. Redis 使用多路复用技术，可以处理并发的连接。非阻塞 IO 部实现采用 epoll，采用了 epoll+自己实现的简单的事件框架。epoll 中的读、写、关闭、连接都转化成了事件，然后利用 epoll 的多路复用特性，绝不在 IO 上浪费一点时间。
4. 数据结构简单，对数据操作也简单，Redis 中的数据结构是专门进行设计的。
5. Redis 直接自己构建了 VM 机制 ，因为一般的系统调用系统函数的话，会浪费一定的时间去移动和请求；

• 单进程单线程弊端

无法发挥多核 CPU 性能，不过可以通过在单机开多个 Redis 实例来完善。

• Redis高并发总结

1. Redis 是纯内存数据库，一般都是简单的存取操作，线程占用的时间很多，时间的花费主要集中在 IO 上，所以读取速度快。
2. 再说一下 IO，Redis 使用的是非阻塞 IO，IO 多路复用，使用了单线程来轮询描述符，将数据库的开、关、读、写都转换成了事件，减少了线程切换时上下文的切换和竞争。
3. Redis 采用了单线程的模型，保证了每个操作的原子性，也减少了线程的上下文切换和竞争。
4. 另外，数据结构也帮了不少忙，Redis 全程使用 hash 结构，读取速度快，还有一些特殊的数据结构，对数据存储进行了优化，如压缩表，对短数据进行压缩存储，再如，跳表，使用有序的数据结构加快读取的速度。
5. 还有一点，Redis 采用自己实现的事件分离器，效率比较高，内部采用非阻塞的执行方式，吞吐能力比较大。

• 常见疑问

1️⃣ 为什么不采用多进程或多线程处理？

①多线程处理可能涉及到锁。
②多线程处理会涉及到线程切换而消耗 CPU。

2️⃣单线程处理的缺点？

①耗时的命令会导致并发的下降，不只是读并发，写并发也会下降。
②无法发挥多核 CPU 性能，不过可以通过在单机开多个 Redis 实例来完善。

3️⃣Redis 不存在线程安全问题？

Redis 采用了线程封闭的方式，把任务封闭在一个线程，自然避免了线程安全问题，不过对于需要依赖多个 Redis 操作(即多个 Redis 操作命令)的复合操作来说，依然需要锁，而且有可能是分布式锁。

4️⃣高性能的服务器一定是多线程的？多线程一定比单线程效率高？

Redis将所有的数据全部放在内存中，使用单线程去操作效率比较高，对于多线程，CPU 会有上下文切换，这种操作耗时，对于内存系统来说，没有上下文切换，效率相对是高的。

Redis使用单进程的模式来处理客户端的请求，对大部分事件的响应都是通过 epol l函数的加强封装，Redis 的实际处理速度依靠主进程的执行效率，epoll 可以显著提高程序在大量并发连接中系统的 CPU 利用率