Redis为什么能那么快？
原创
我们先给出结论，为什么Redis单机QPS能够达到10W？
- Redis大部分请求是基于内存的；
- Redis拥有简单高效的数据结构；
- Redis是基于单线程的IO多路复用的事件机制；
对上述三大原因进行逐条分析：
Redis大部分请求都是基于内存操作：
- 我知道内存和磁盘的读写速度完全不是一个量级的。Redis启动时便会将持久化文件中的数据加载到内存中，而传统关系型数据库对于新的查询需要经历磁盘IO的时间消耗。
Redis拥有简单高效的数据结构：
- Redis拥有SDS，链表，字典，跳跃表，整数集合，压缩列表等简单的数据结构，这使得CPU处理这些数据结构向上封装的数据类型会十分的快速；
Redis是基于单线程的IO多路复用的事件机制: （重点）
- 单线程 、IO多路复用的事件机制
单线程：
Redis的单线程指的是网络IO处理和Key-Value数据信息处理共用一个线程；
为什么Redis使用单线程：
我们都知道多线程可以提升程序的吞吐率，提高程序的并发程度；
通常情况下，在我们采用多线程后，如果没有良好的系统设计，实际得到的结果，其实是右图所展示的那样。我们刚开始增加线程数时，系统吞吐率会增加，但是，再进一步增加线程时，系统吞吐率就增长迟缓了，有时甚至还会出现下降的情况。
为什么会出现这种情况呢？一个关键的瓶颈在于，程序中通常存在被多线程同时访问的共享资源，比如一个共享的数据变量。当有多个线程要修改这个共享变量时，为了保证共享变量的正确性，就需要有额外的机制进行保证(比如：加锁)，而这个额外的机制，就会带来额外的系统开销。
总体来说Redis基于内存读取数据，基于简单数据结构处理数据，这些都是十分快速的操作。而引入多进程可能导致出现额外开销时间 + 多线程处理简单数据时间 > 单线程处理简单数据的时间，显然是得不偿失的。因而Redis的设计理念就是需将单核CPU的性能发挥到极致，这也便是单机Redis实例QPS性能只能在10W左右的根因，因其无法像多线程程序那般通过堆加CPU核实现高并发。然而，对于普通的场景来说，这个单机性能也是足够用的。
IO多路复用的事件机制：
上面过说，Redis单线程需要用来处理网络IO和Key-value数据信息； (Redis6.0版本网络IO改为多线程)
但是传统的网络编程模型是阻塞式的。如果按照这种阻塞模型的设计，那么Redis的主线程接受到连接请求并等待数据输入时，主线程是被阻塞的，不能够处理KV数据信息。解决这个问题，可以引入多线程，专门启动一个新线程负责处理网络IO，主线程只进行KV数据处理（Redis6.0设计方案），6.0之前则是IO多路复用的机制，即一个线程负责处理网络IO和KV数据；
accept(listenfd) #接收到请求，等待数据输入IO多路复用解释：
为每个客户端创建一个线程，服务器端的线程资源很容易被耗光。
当然还有个聪明的办法，我们可以当每接收一个客户端连接后 (只接收连接请求，还没接收请求的数据信息)，将这个文件描述符（connfd）放到一个数组里。
fdlist.add(connfd);然后弄一个新的线程去不断遍历这个数组，调用每一个元素的非阻塞 read 方法 （read不会阻塞线程，accept会阻塞线程）
while(1) {
for(fd <-- fdlist) {
if(read(fd) != -1) {
doSomeThing();
}
}
}这样，我们就成功用一个线程处理了多个客户端连接。
你是不是觉得这有些多路复用的意思？
并且我们将遍历的委托给操作系统内核，它提供给我们一个有这样效果的函数 。我们将一批文件描述符通过一次系统调用传给内核，由内核层去遍历，真正高效解决这个问题。
Redis中IO多路复用的事件机制解释：
Redis中将 IO多路复用 与 事件机制进行整合使用。在Linux操作系统中是epoll (IO多路复用的一种) + 事件机制；
下图是基于epoll机制的Redis IO模型。图中的多个FD是连接套接字。通过epoll机制，让内核监听这些套接字。此时，Redis线程不会阻塞在某一个特定的监听或已连接套接字上，也就是说，不会阻塞在某一个特定的客户端请求处理上。正因为此，Redis可以同时和多个客户端连接并处理请求，从而提升并发性。
为了在请求到达时能通知到Redis线程，epoll提供了基于事件的回调机制，即针对不同事件的发生，会调用不同的处理函数。
那么，回调机制是怎么工作的呢？epoll一旦监测到FD上有数据到达时，就会触发相应的事件。这些触发的事件会被放进一个事件队列并且通知Redis线程对该事件队列不断进行处理。这样一来，Redis无需一直轮询是否有请求实际发生，这就可以避免造成CPU资源浪费。 同时，Redis在对事件队列中的事件进行处理时，会调用相应的处理函数，这就实现了基于事件的回调。
解释：Redis接收到连接请求，把连接请求交给操作系统内核，内核接收到该请求数据后返回事件到队列中并通知主线程。主线程遍历事件队列，将对应的数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区，然后在用户空间对请求数据(get/set)进行处理。
参考资料：
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
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