Redis憑啥可以這麼快

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在日常開發中，為瞭保證數據的一致性，我們一般都選擇關系型數據庫來存儲數據，如 MySQL，Oracle 等，因為關系型數據庫有著事務的特性。然而在並發量比較大的業務場景，關系型數據庫卻又往往會成為系統瓶頸，無法完全滿足我們的需求，所以就需要使用到緩存，而非關系型數據庫，即 NoSQL 數據庫往往又會成為最佳選擇。

NoSQL 數據庫最常見的解釋是 non-relational，也有人解釋為 Not Only SQL。非關系型數據庫不保證事務，也就是不具備事務 ACID 特性，這也是非關系型數據庫和關系型數據庫最大的區別，而我們即將介紹的 Redis 就屬於 NoSQL 數據庫的一種。

什麼是 Redis

Redis 全稱是：REmote DIctionary Service，即遠程字典服務。Redis 是一個開源的（遵守 BSD 協議）、支持網絡、可基於內存亦可持久化的日志型、Key-Value 數據庫。

Redis 具有以下特性：

1、支持豐富的數據類型：字符串（strings），散列（hashes），列表（lists），集合（sets），有序集合（sorted sets），位圖等。
2、功能豐富：提供瞭持久化機制，過期策略，訂閱/發佈等功能。
3、高性能，高可用且支持集群。
4、提供瞭多種語言的 API。

Redis 的安裝

1、下載對應版本的安裝包，如：Redis 5.0.5 版本，其他版本也可以點擊這裡進行下載。

2、下載好之後傳到服務器指定目錄，執行命令 tar -zxvf redis-5.0.5.tar.gz 進行解壓。

3、解壓成功之後，進入 Redis 主目錄，執行命令 make && make install PREFIX=/xxx/xxx/redis-5.0.5 進行安裝，如果不指定目錄，則默認是安裝在 /usr/local 目錄下。

4、安裝成功之後可以看到 Redis 主目錄下多瞭一個 bin 目錄，bin 目錄內包含瞭一些可執行腳本。

5、回到 Redis 主目錄下，找到 redis.conf 配置文件，將其中的配置 daemonize no 修改為 daemonize yes，表示在後臺啟動服務。

6、然後就可以執行命令 /xxx/xxx/redis-5.0.5/bin/redis-server /xxx/xxx/redis-5.0.5/redis.conf 啟動 Redis 服務。 Redis 到底有多快

大傢可能都知道 Redis 很快，可是 Redis 到底能有多快呢，比如 Redis 的吞吐量能達到多少？我想這就不是每一個人都能說的上來一個具體的數字瞭。

Redis 官方提供瞭一個測試腳本，可以供我們測試 Redis 的 吞吐量。

redis-benchmark -q -n 100000 可以測試常用命令的吞吐量。 redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q 測試 Redis 處理 set 和 lpush 命令的吞吐量。 redis-benchmark -n 100000 -q script load "redis.call('set','foo','bar')" 測試 Redis 處理 Lua 腳本等吞吐量。

下圖就是我這邊執行第一條命令的自測結果，可以看到大部分命令的吞吐量都可以達到 4 萬以上，也就是說每秒鐘可以處理 4 萬次以上請求：

但是如果你以為這就是 Redis 的真實吞吐量，那就錯瞭。實際上，Redis 官方的測試結果是可以達到 10 萬的吞吐量，下圖就是官方提供的一個基準測試結果（縱坐標就是吞吐量，橫坐標是連接數）：

Redis 是單線程還是多線程

這個問題比較經典，因為在很多人的認知裡，Redis 就是單線程的。然而 Redis 從 4.0 版本開始就有瞭多線程的概念，雖然處理命令請求的核心模塊確實是保證瞭單線程執行，然而在其他許多地方已經有瞭多線程，比如：在後臺刪除對象，通過 Redis 模塊實現阻塞命令，生成 dump 文件，以及 6.0 版本中網絡 I/O 實現瞭多線程等，而且在未來 Redis 應該會有越來越多的模塊實現多線程。

所謂的單線程，隻是說 Redis 的處理客戶端的請求（即執行命令）時，是單線程去執行的，並不是說整個 Redis 都是單線程。

Redis 為什麼選擇使用單線程來執行請求

Redis 為什麼會選擇使用單線程呢？這是因為 CPU 成為 Redis 瓶頸的情況並不常見，成為 Redis 瓶頸的通常是內存或網絡帶寬。例如，在一個普通的 Linux 系統上使用 pipelining 命令，Redis 可以每秒完成 100 萬個請求，所以如果我們的應用程序主要使用 O(N) 或 O(log(N)) 復雜度的命令，它幾乎不會使用太多的 CPU。

那麼既然 CPU 不會成為瓶頸，理所當然的就沒必要去使用多線程來執行命令，我們需要明確的一個問題就是多線程一定比單線程快嗎？答案是不一定。因為多線程也是有代價的，最直接的兩個代價就是線程的創建和銷毀線程（當然可以通過線程池來一定程度的減少頻繁的創建線程和銷毀線程）以及線程的上下文切換。

在我們的日常系統中，主要可以區分為兩種：CPU 密集型 和 IO 密集型。

CPU 密集型：

這種系統就說明 CPU 的利用率很高，那麼使用多線程反而會增加上下文切換而帶來額外的開銷，所以使用多線程效率可能會不升反降。舉個例子：假如你現在在幹活，你一直不停的在做一件事，需要 1 分鐘可以做完，但是你中途總是被人打斷，需要花 1 秒鐘時間步行到旁邊去做另一件事，假如這件事也需要 1 分鐘，那麼你因為反復切換做兩件事，每切換一次就要花 1 秒鐘，最後做完這 2 件事的時間肯定大於 2 分鐘（取決於中途切換的次數），但是如果中途不被打斷，你做完一件事再去做另一件事，那麼你最多隻需要切換 1 次，也就是 2 分 1 秒就能做完。

 IO 密集型：

IO 操作也可以分為磁盤 IO 和網絡 IO 等操作。大部分 IO 操作的特點是比較耗時且 CPU 利用率不高，所以 Redis 6.0 版本網絡 IO 會改進為多線程。至於磁盤 IO，因為 Redis 中的數據都存儲在內存（也可以持久化），所以並不會過多的涉及到磁盤操作。舉個例子：假如你現在給樹苗澆水，你每澆完一次水之後就需要等別人給你加水之後你才能繼續澆，那麼假如這個等待過程需要 5 秒鐘，也就是說你澆完一次水就可以休息 5 秒鐘，而你切換去做另一件事來回隻需要 2 秒，那麼你完全可以先去做另一件事，做完之後再回來，這樣就可以充分利用你空閑的 5 秒鐘時間，從而提升瞭效率。

使用多線程還會帶來一個問題就是數據的安全性，所以多線程編程都會涉及到鎖競爭，由此也會帶來額外的開銷。

什麼是 I/O 多路復用

I/O 指的是網絡 I/O， 多路指的是多個 TCP 連接（如 Socket），復用指的是復用一個或多個線程。I/O 多路復用的核心原理就是不再由應用程序自己來監聽連接，而是由服務器內核替應用程序監聽。

在 Redis 中，其多路復用有多種實現，如：select，epoll，evport，kqueue 等。

我們用去餐廳吃飯為的例子來解釋一下 I/O 多路復用機制（點餐人相當於客戶端，餐廳的廚房相當於服務器，廚師就是線程）。

阻塞 IO：張三去餐廳吃飯，點瞭一道菜，這時候他啥事也不幹瞭，就是一直等，等到廚師炒好菜，他就把菜端走開始吃飯瞭。也就是在菜被炒好之前，張三被阻塞瞭，這就是 BIO（阻塞 IO），效率會非常低下。

非阻塞 IO：張三去餐廳吃飯，點瞭一道菜，這時候張三他不會一直等，找瞭個位置坐下，刷刷抖音，打打電話，做點其他事，然後每隔一段時間就去廚房問一下自己的菜好瞭沒有。這種就屬於非阻塞 IO，這種方式雖然可以提高性能，但是如果有大量 IO 都來定期輪詢，也會給服務器造成非常大的負擔。

事件驅動機制：張三去餐廳吃飯，點瞭一道菜，這時候他找瞭個位置坐下來等： 廚房那邊菜做好瞭就會把菜端出來瞭，但是並不知道這道菜是誰的，於是就挨個詢問顧客，這就是多路復用中的 select 模型，不過 select 模型最多隻能監聽 1024 個 socket（poll 模型解決瞭這個限制問題）。廚房做好瞭菜直接把菜放在窗口上，大喊一聲，某某菜做好瞭，是誰的快過來拿，這時候聽到通知的人就會自己去拿，這就是多路復用中的 epoll 模型。

需要註意的是在 IO 多路復用機制下，客戶端可以阻塞也可以選擇不阻塞（大部分場景下是阻塞 IO），這個要具體情況具體分析，但是在多路復用機制下，服務端就可以通過多線程（上面示例中可以多幾個廚師同時炒菜）來提升並發效率。

Redis 中 I/O 多路復用的應用

Redis 服務器是一個事件驅動程序，服務器需要處理兩類事件：文件事件和時間事件。

文件事件：Redis 服務器和客戶端（或其他服務器）進行通信會產生相應的文件事件，然後服務器通過監聽並處理這些事件來完成一系列的通信操作。

時間事件：Redis 內部的一些在給定時間之內需要進行的操作。

Redis 的文件事件處理器以單線程的方式運行，其內部使用瞭 I/O 多路復用程序來同時監聽多個套接字（Socket）連接，提升瞭性能的同時又保持瞭內部單線程設計的簡單性。下圖就是文件事件處理器的示意圖：

I/O 多路復用程序雖然會同時監聽多個 Socket 連接，但是其會將監聽的 Socket 都放到一個隊列裡面，然後通過這個隊列有序的，同步的將每個 Socket 對應的事件傳送給文件事件分派器，再由文件事件分派器分派給對應的事件處理器進行處理，隻有當一個 Socket 所對應的事件被處理完畢之後，I/O多路復用程序才會繼續向文件事件分派器傳送下一個 Socket 所對應的事件，這也可以驗證上面的結論，處理客戶端的命令請求是單線程的方式逐個處理，但是事件處理器內並不是隻有一個線程。

Redis 為什麼這麼快

Redis 為什麼這麼快的原因前面已經基本提到瞭，現在我們再進行總結一下：

1、Redis 是一款純內存結構，避免瞭磁盤 I/O 等耗時操作。

2、Redis 命令處理的核心模塊為單線程，減少瞭鎖競爭，以及頻繁創建線程和銷毀線程的代價，減少瞭線程上下文切換的消耗。

3、采用瞭 I/O 多路復用機制，大大提升瞭並發效率。

到此這篇關於Redis憑啥可以這麼快的文章就介紹到這瞭,更多相關Redis為什麼快內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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