【Redis】为什么是单线程？为什么这么快呢？

Redis为什么是单线程？为什么这么快？

Redis，作为一款高性能的内存数据库，广泛应用于各类高并发、高性能的场景中。一个常见的问题是，为什么Redis是单线程的？以及在单线程的情况下，Redis为什么还能保持如此高的速度？

1、Redis是不是单线程？Redis为什么是单线程的而不采用多线程呢？

这主要是基于一种客观原因来考虑的。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（毕竟采用多线程会有很多麻烦！）

1.1、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

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；

1.2 、为什么redis是单线程还能支持高并发呢？

redis 内部使用文件事件处理器 file event handler，这个文件事件处理器是单线程的，所以 redis 才叫做单线程的模型。

文件事件处理器：采用 IO 多路复用机制同时监听多个 socket，将产生事件的 socket 压入内存队列中，事件分派器根据 socket 上的事件类型来选择

对应的事件处理器进行处理。

文件事件处理器的结构包含 4 个部分：

多个 socket
IO 多路复用程序
文件事件分派器
事件处理器（连接应答处理器、命令请求处理器、命令回复处理器）

多个 socket 可能会并发产生不同的操作，每个操作对应不同的文件事件，但是 IO 多路复用程序会监听多个 socket，会将产生事件的 socket 放入队

列中排队，事件分派器每次从队列中取出一个 socket，根据 socket 的事件类型交给对应的事件处理器进行处理。

2、为啥edis单线程模型也能效率这么高？

纯内存操作

Redis的数据存储在内存中，读写操作非常快速。相比传统的基于磁盘的数据库，内存操作的延迟要低得多。这是Redis高性能的基础。

非阻塞IO多路复用机制

Redis采用了非阻塞IO多路复用机制，。底层是使用epooll+,把读写存都转换为事件，减少时间浪费。这种机制允许单个线程同时处理多个网络连接和IO操作，极大地提高了并发处理能力。底层通过将读写操作转换为事件，减少了时间浪费。

单线程避免了上下文切换和锁竞争

单线程模型避免了多线程环境下的上下文切换和锁竞争问题。上下文切换会带来额外的开销，而锁竞争可能导致性能瓶颈。单线程模型下，所有操作都是顺序执行的，无需加锁和解锁，避免了这些问题，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU。。

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。

高效的数据结构和算法

Redis内部使用了多种高效的数据结构和算法，例如哈希表、跳表、压缩列表等。这些数据结构设计精良，操作复杂度低，能够在O(1)或者O(log N)时间内完成大部分操作，进一步提升了性能。

基于vm的

Redis处理的速度很快，因为它是基于虚拟内存（VM的，并没VM没有使用os的交互方式。

关于VM与OS

有时有人会提到Redis的速度是因为它基于某种虚拟内存（VM），并且没有使用操作系统的交互方式。实际上，这是一种误解，Redis的虚拟内存（VM）机制与操作系统的虚拟内存有显著不同。Redis曾使用一种将不常用数据交换到磁盘的机制，并对数据进行压缩，减少I/O操作。与此不同，操作系统的虚拟内存基于4KB页面，这种粒度对于小对象来说过大，且会导致阻塞线程。因此，Redis通过压缩和非阻塞处理机制，提高了性能，而操作系统的虚拟内存管理可能带来响应延迟。尽管Redis后来弃用了虚拟内存机制，但其设计理念仍然有助于理解其高性能特点。