Redis单线程原理

Redis是单进程单线程的，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。

单线程指的是网络请求模块使用了一个线程（所以不需考虑并发安全性），即一个线程处理所有网络请求，其他模块仍用了多个线程。

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（I/O多路复用技术下面有介绍），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：
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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

Redis是单线程的原因

1.官网
由于Redis是基于内存的操作，因此CPU并不是Redis的瓶颈。 Redis的瓶颈很可能是机器内存或网络带宽的大小。既然单线程易于实现并且CPU不会成为瓶颈，那采用单线程解决方案是合乎逻辑的了。

2.性能指标
关于redis的性能，官方网站也有介绍，普通笔记本可以轻松地每秒处理数十万个请求。

3.详细原因
1）不需要各种锁的性能消耗
Redis的数据结构并非全都是简单的键值(Key-Value)，而是有复杂的结构，如列表(list)和哈希(hash)。这些结构可以执行细粒度的操作，例如在长列表后面添加元素并将其添加到哈希(hash)或删除对象。

这些操作可能需要非常大量的锁，从而导致同步开销显着增加。简而言之，在单线程的情况下，不需要考虑各种锁，没有锁释放操作，也没有由于可能的死锁而导致的性能消耗。

2）单线程多进程集群方案
单线程的功能实际上非常强大，每个内核的效率也很高。与单线程相比，多线程自然可以具有更高的性能限制。但是，在当今的计算环境中，甚至单机多线程限制通常也无法满足。需要进一步探索的是多服务器群集方案，并且这些方案中的多线程技术仍然是不可用的。

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
单线程用于避免不必要的上下文切换和竞争条件，并且不存在消耗CPU的多进程或多线程切换。但是，如果CPU成为Redis的瓶颈，或者不想让服务器的其他CPU内核闲置怎么办？您可以考虑几个Redis进程。 Redis是一个键值（key-value）数据库，而不是关系数据库，并且数据之间没有约束。只要客户端能够区分哪个键位于哪个Redis进程上，就可以完成了。

Redis单线程的优劣势

单进程单线程优势
代码更清晰，处理逻辑也更简单。无需考虑各种锁。没有锁定释放操作。由于可能存在死锁，因此不会降低性能。没有由多进程或多线程消耗的CPU引起的切换

单进程单线程弊端
无法利用多核CPU的性能，但可以通过在单台计算机上打开多个Redis实例来提高性能；

IO多路复用技术
当有多个连接时，Redis使用网络IO多路复用技术来确保系统的高吞吐量。多路复用是指多个socket连接，而多路复用是指对线程进行多路复用。

多路复用主要有三种技术：select，poll，epoll。epoll是目前最新的也是最好的多路复用技术了。

“多路复用”是指多个网络连接，“多路复用”是指多路复用同一线程。使用多个I / O多路复用技术可以使单个线程有效地处理多个连接请求（最大程度地减少网络IO的时间消耗），并且Redis可以非常快速地操作内存中的数据（这里的内存操作不会成为性能瓶颈），以上两个要点使Redis具有很高的吞吐量。
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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，这里的“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个Redis处理线程。

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，所有 Redis 具有很高的吞吐量。