淺析Redis為什麼快？快在哪裡？

Redis是一種基於鍵值對(Key-Value)的NoSQL資料庫，Redis的Value可以由String，hash，list，set，zset，Bitmaps，HyperLogLog等多種資料結構和演演算法組成。Redis還提供了鍵過期，釋出訂閱，事務，Lua指令碼，哨兵，Cluster等功能。【相關推薦：Redis視訊教學】

Redis執行命令的速度非常快，根據官方給的效能可以達到10w+qps。那麼本文主要介紹到底Redis快在哪裡，主要有以下幾點：

一、開發語言

現在我們都用高階語言來程式設計，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語言是非常貼近作業系統的語言。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作業系統。別覺得學了高階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、純記憶體存取

Redis將所有資料放在記憶體中，非資料同步正常工作中，是不需要從磁碟讀取資料的，0次IO。記憶體響應時間大約為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，記憶體比它慢百倍，磁碟比他慢百萬倍，你說快不快？

借了一張《深入理解計算機系統》的圖，展示了一個典型的記憶體層次結構，在L0層，CPU可以在一個時鐘週期存取到，基於SRAM的快取記憶體春續期，可以在幾個CPU時鐘週期存取到，然後是基於DRAM的主記憶體，可以在幾十到幾百個時鐘週期存取到他們。

三、單執行緒

第一，單執行緒簡化演演算法的實現，並行的資料結構實現不但困難且測試也麻煩。第二，單執行緒避免了執行緒切換以及加鎖釋放鎖帶來的消耗，對於伺服器端開發來說，鎖和執行緒切換通常是效能殺手。當然了，單執行緒也會有它的缺點，也是Redis的噩夢：阻塞。如果執行一個命令過長，那麼會造成其他命令的阻塞，對於Redis是十分致命的，所以Redis是面向快速執行場景的資料庫。

除了Redis之外，Node.js也是單執行緒，Nginx也是單執行緒，但他們都是伺服器高效能的典範。

四、非阻塞多路I/O複用機制

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對某一檔案描述符（File Descriptor FD）進行讀寫的時候，如果資料沒有收到，那麼該執行緒會被掛起，直到收到資料。

阻塞模型雖然易於理解，但是在需要處理多個使用者端任務的時候，不會使用阻塞模型。

I/O多路複用實際上是指多個連線的管理可以在同一程序。多路是指網路連線，複用只是同一個執行緒。在網路服務中，I/O多路複用起的作用是一次性把多個連線的事件通知業務程式碼處理，處理的方式由業務程式碼來決定。

在I/O多路複用模型中，最重要的函數呼叫就是I/O 多路複用函數，該方法能同時監控多個檔案描述符（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多路複用技術的實現，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，不在網路I/O上浪費過多的時間。實現對多個FD讀寫的監控，提高效能。

舉個形象的例子吧。比如一個tcp伺服器處理20個使用者端socket。

A方案：順序處理，如果第一個socket因為網路卡讀資料處理慢了，一阻塞後面都玩蛋去。

B方案：每個socket請求都建立一個分身子程序來處理，不說每個程序消耗大量系統資源，光是程序切換就夠作業系統累的了。

C方案（I/O複用模型，epoll）：將使用者socket對應的fd註冊進epoll（實際上伺服器和作業系統之間傳遞的不是socket的fd而是fd_set的資料結構），然後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，整個過程只在呼叫epoll的時候才會阻塞，收發客戶訊息是不會阻塞的。

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