为什么Redis是单线程的？为什么Redis这么快！

Java相关面试经常会问到缓存的问题。更基础的会问“80/20规则”和“冷热数据”。比较困难的会询问缓存雪崩和缓存命中。 、缓存预擦除、缓存更新、缓存下载等问题。这些看似不寻常的想法都与我们的缓存服务器有关。常用的缓存服务器有Redis、Memcached等，笔者目前只使用Redis。有点儿。

如果你从未见过在之前采访中问你《为什么说Redis是单线程的以及Redis为什么这么快！》的面试官，读完这篇文章你应该感到幸运！如果你恰好是高面试官，你也可以用这个问题来和你的对手朋友“看水”来测试一下他的技能。

好吧！进入正题吧！我们先讨论Redis是什么，为什么Redis这么快，然后讨论为什么Redis是单线程的？

2。 Redis简介

Redis是一个开源的内存数据存储系统。可用作：数据库、缓存和消息中间件。

它支持多种类型的数据结构，例如 Strings、Hash、List、Set、Sorted Set 或 ZSet、范围查询以及 Bitmaps、Hyperlogs 和地理空间索引半径查询。 五种常见的数据结构类型是：String、List、Set、Hash 和 ZSet。

Redis 内置复制、LUA 脚本、LRU 驱逐、交换和各种级别的磁盘持久化，并使用 Redis Sentinel 和自动分区（Cluster）来提供高可用性（High Availability）。

Redis 提供了持久化选项，允许用户将数据存储在磁盘上进行存储。根据实际情况，可以按照一定的时间间隔将数据导出到磁盘（镜像），也可以添加到命令行（仅添加AOF文件）。当执行写命令时，会将写入的命令复制到硬盘上。 。您还可以禁用持久性并将 Redis 用作高效的网络缓存数据实用程序。

Redis 不使用表，其数据不会预先确定或强制用户连接 Redis 中存储的不同数据。

数据存储方式按存储方式可分为：硬盘数据和内存数据。 Redis 将数据存储在内存中。读写数据时不受硬盘I/O速度的限制，因此速度非常快。

（1）硬盘数据操作方法：

（2）内存数据操作方法：

看完上面的描述，对于Redis相关的常见问题有了一点了解，比如如：Redis是什么，Redis常见的数据结构有哪些，Redis有多长等。如果你写，官方提供的数据可以达到100,000+ QPS（每秒查询数）。这个数据库并不比Memcached差，Memcached是一个基于内存的单进程多线程的KV数据库！有兴趣的可以参考官方的benchmark程序测试《How fast is Redis？》（https://redis.io/topics/benchmarks）

横轴是连接数，纵轴是QPS 。目前，该图像代表了数量级。希望你在面试的时候能够描述清楚。如果你们的答案顺序有很大不同，请不要问我！

4。为什么 Redis 这么快

1.它完全基于记忆。大多数请求都是纯内存操作，速度非常快。数据存储在内存中，类似于HashMap。 HashMap的优点是查找和操作次数为O(1)；

2。数据结构简单，数据操作也简单。 Redis 中的数据结构是专门为以下目的而设计的：

3。使用单个线程可以避免不必要的状态更改和竞争条件。不存在多进程或多线程造成的重叠消耗CPU。无需考虑各种锁问题，也无需添加Lock释放锁操作，没有可能出现的死锁带来的显示消耗；

4。采用多路I/O复用模型，不阻塞IO；

5。使用不同的基本模型，它们之间的基本模型是与客户通信的应用方法和应用协议不同。 Redis直接构建VM机制，因为一般系统调用系统函数的话，传输和请求花费的时间会更少；

以上概念都比较容易理解。下面简单讨论一下多路I/O复用模型：

(1) 多路I/O复用模型

多路I/O复用模型分别使用select、poll、epoll -monitor I /O 同时在多个流上进行活动。当空闲时，它会阻塞当前线程。当一个或多个流发生I/O事件时，它会从阻塞状态中醒来，因此程序将轮询所有流（epoll只轮询真正发出事件的流），并且该流准备好被处理。这种方法避免了不必要的活动。

这里的“多通道”是指多个网络连接，“复用”是指复用同一个线程。 采用多路I/O复用技术，可以让单个线程高效管理多个连接请求（减少网络IO时间消耗），而且Redis在内存中工作速度很快，这意味着但在内存中的操作不会变成一次影响Redis性能的瓶颈。以上几点成就了Redis的高性能。

5. Redis 为什么是单线程的？

我们首先要明白，上面的分析是为了打造一个Redis速度快的环境！ Redis 官方 FAQ 指出，由于 Redis 是基于内存的操作，因此 CPU 并不是 Redis 的瓶颈。 Redis的瓶颈可能是机器内存大小或者网络带宽。由于单线程很容易实现，CPU也不会成为瓶颈，所以实现单线程的方案也就顺理成章了（事实上，使用多线程会带来很多问题！）。

可以查看：https://redis.io/topics/faq

看到这里你可能会哭！我以为会有一个很大的技术点可以让Redis使用单线程很快，但是没想到官方给出的答案似乎是在欺骗我们！不过，我们现在可以清楚地解释为什么Redis这么快了，而且既然单线程已经快了，就没必要再用多线程了！

但是，单核的方式无法利用多核CPU的性能，但是我们可以通过在单机上开启多个Redis实例来改进！

免责声明1：我们在这里接触的唯一线程是处理网络请求时的单个线程。官方Redis Server运行时必须有多个线程，这里有要求请注意！例如，Redis在运行时，会作为子进程或子线程执行（具体是子线程或子进程读者自行考虑）；比如我查看了测试服务器上的Redis进程，然后看到进程下有线程：适合SPID一栏。 “SID”列表示线程ID，“CMD”列显示线程名称。

注意事项 2：上图中常见问题解答的最后一段表示从 Redis 4.0 版本开始将支持多线程。然而，多线程仅针对某些事件进行！所以，如果这篇文章在未来的版本中仍然是单线程，读者需要检查一下！

6.注释

1。我们知道Redis采用“单线程复用IO模型”来实现高性能的内存数据库服务。这种机制避免了锁的使用，但同时会降低redis在执行sunion这样的耗时命令时的并发量。因为它是单线程的，所以一次只有一个线程处于活动状态。因此，耗时的命令会导致并发降低，不仅是读并发，还有写并发。单个线程只能使用一个CPU核心，因此可以在同一个多核服务器上启动多个实例，以创建主-主或主-从。耗时的读取命令可以完全在从机上执行。

需要更改的Redis.conf元素：

pidfile /var/run/redis/redis_6377.pid  #pidfile要加上端口号
port 6377  #这个是必须改的
logfile /var/log/redis/redis_6377.log #logfile的名称也加上端口号
dbfilename dump_6377.rdb  #rdbfile也加上端口号

2。 “我们不能允许操作系统的平衡，因为我们更了解自己的程序，这样我们就可以在不需要太多CPU的情况下给它们CPU核心，或者让我们的核心进程用另一组步骤来填满。 ”
CPU是影响的重要因素。由于是单线程模型，相对于多核，Redis 更喜欢大缓存和快速 CPU

在多核 CPU 服务器上，取决于 NUMA 配置以及 Redis 性能的位置也是处理器。 。最明显的效果是redis-benchmark使用了随机CPU资源。为了获得准确的结果，您需要使用固定的处理器硬件（在 Linux 上您可以使用任务集）。最有效的方法是将客户端和服务器分离到两个不同的CPU中以使用三级缓存。

7。扩展

以下是您应该了解的几种型号。祝您面试顺利！

1。单进程多线程模型：MySQL、Memcached、Oracle（Windows版）；

2。几种型号：Oracle（Linux版）；

3。 Nginx有两种进程，一种称为Master进程（类似于管理进程），另一种称为worker进程（真正的进程）。启动方式有两种：

（1）单进程启动：目前系统中只有一个进程，扮演Master进程和worker进程的角色。

(2) 多进程启动：目前系统有1个Master进程，只有1个在工作，至少有1个worker进程在工作。

(3) Master流程主要执行启动和管理全球劳动力的工作；事件处理是在 Workers 中完成的。