[[270537]]

前言

Redis是一種基于鍵值對(Key-Value)的NoSQL數據庫，Redis的Value可以由String，hash，list，set，zset，Bitmaps，HyperLogLog等多種數據結構和算法組成。Redis還提供了鍵過期，發布訂閱，事務，Lua腳本，哨兵，Cluster等功能。Redis執行命令的速度非常快，根據官方給的性能可以達到10w+qps。那么本文主要介紹到底Redis快在哪里，主要有以下幾點：

一. 開發語言

現在我們都用高級語言來編程，比如Java、python等。也許你會覺得C語言很古老，但是它真的很有用，畢竟unix系統就是用C實現的，所以C語言是非常貼近操作系統的語言。Redis就是用C語言開發的，所以執行會比較快。

另外多說一句，大學生們好好學C，會讓你更好的理解計算機操作系統。別覺得學了高級語言就可以不用關注底層，欠的債總歸要還的。此處推薦一本比較難啃的書《深入理解計算系統》。

二. 純內存訪問

Redis將所有數據放在內存中，非數據同步正常工作中，是不需要從磁盤讀取數據的，0次IO。內存響應時間大約為100納秒，這是Redis速度快的重要基礎。先看看CPU的速度：

拿我的電腦來說，主頻是3.1G，也就是說每秒可以執行3.1*10^9個指令。所以說CPU看世界是非常非常慢的，內存比它慢百倍，磁盤比他慢百萬倍，你說快不快?

借了一張《深入理解計算機系統》的圖，展示了一個典型的存儲器層次結構，在L0層，CPU可以在一個時鐘周期訪問到，基于SRAM的高速緩存春續期，可以在幾個CPU時鐘周期訪問到，然后是基于DRAM的主存，可以在幾十到幾百個時鐘周期訪問到他們。

三. 單線程

第一，單線程簡化算法的實現，并發的數據結構實現不但困難且測試也麻煩。第二，單線程避免了線程切換以及加鎖釋放鎖帶來的消耗，對于服務端開發來說，鎖和線程切換通常是性能殺手。當然了，單線程也會有它的缺點，也是Redis的噩夢：阻塞。如果執行一個命令過長，那么會造成其他命令的阻塞，對于Redis是十分致命的，所以Redis是面向快速執行場景的數據庫。

除了Redis之外，Node.js也是單線程，Nginx也是單線程，但他們都是服務器高性能的典范。

四. 非阻塞多路I/O復用機制

在這之前先要說一下傳統的阻塞I/O是如何工作的：當使用read或者write對某一文件描述符(File Descriptor FD)進行讀寫的時候，如果數據沒有收到，那么該線程會被掛起，直到收到數據。阻塞模型雖然易于理解，但是在需要處理多個客戶端任務的時候，不會使用阻塞模型。

I/O多路復用實際上是指多個連接的**管理可以在同一進程。**多路是指網絡連接，復用只是同一個線程。在網絡服務中，I/O多路復用起的作用是一次性把多個連接的事件通知業務代碼處理，處理的方式由業務代碼來決定。在I/O多路復用模型中，最重要的函數調用就是I/O 多路復用函數，該方法能同時監控多個文件描述符(fd)的讀寫情況，當其中的某些fd可讀/寫時，該方法就會返回可讀/寫的fd個數。

Redis使用epoll作為I/O多路復用技術的實現，再加上Redis自身的事件處理模型將epoll的read、write、close等都轉換成事件，不在網絡I/O上浪費過多的時間。實現對多個FD讀寫的監控，提高性能。

舉個形象的例子吧。比如一個tcp服務器處理20個客戶端socket。A方案：順序處理，如果第一個socket因為網卡讀數據處理慢了，一阻塞后面都玩蛋去。B方案：每個socket請求都創建一個分身子進程來處理，不說每個進程消耗大量系統資源，光是進程切換就夠操作系統累的了。C方案**(I/O復用模型，epoll)：將用戶socket對應的fd注冊進epoll(實際上服務器和操作系統之間傳遞的不是socket的fd而是fd_set的數據結構)，然后epoll只告訴哪些需要讀/寫的socket，只需要處理那些活躍的、有變化的socket fd的就好了。這樣，整個過程只在調用epoll的時候才會阻塞，收發客戶消息是不會阻塞的。