Redis性能解析--Redis为何那么快？

echo编辑整理，欢迎转载，转载请声明文章来源。欢迎添加echo微信(微信号：t2421499075)交流学习。 百战不败，依不自称常胜，百败不颓，依能奋力前行。——这才是真正的堪称强大！！！

---

Redis的实际被应用都是由于它的性能，在众多缓存中Redis也是一个比较快的中间件，并且它是单线程操做，没有过的内存开销，给程序带来了更多的扩展空间。

Redis的性能展现

在保证网络通畅的状况下，相同的CPU和相同的Redis版本，处理不一样大小的数据，Redis的吞吐量以下图所示，该图来自Redis的官方网站。咱们能够在网站中看到。Redis在处理1000字节的数据的时候，都是稳定位置吞吐量在10w，当处理的数据不断增大的时候，吞吐量才慢慢开始降低。

图片来自redis官网

下图是提供的QPS测试图，官方提供的数据是能够达到100000+的QPS（每秒内查询次数）。

图片来自redis官网

Redis为何那么快？

• 纯内存KV操做
• 内部是单程实现的（不须要建立/销毁线程，避免上下文切换，无并发资源竞争的问题）
• 异步非阻塞的I/O（多路复用）

存内存KV操做快在哪里？

咱们从上面的介绍里面咱们看到了Redis是一个纯kv的操做。而且Redis绝大部分请求是纯粹的内存操做，因此速度很是快。数据存在内存中，类型与存在hashMap中，那么为何那么快呢？咱们能够一块儿来看一下几种经常使用数据结构的对比，和他们的优点。

数据结构	操做	时间复杂度
List	insert	O(N)
List	select	O(1)
Set	insert	O(1)
Set	select	O(1)
HashMap	insert	O(1)
HashMap	select	O(1)

从上图咱们能够看出，HashMap的优点就是查找和操做的时间复杂度都是O（1）,因此Redis内部采用这种结构可以从根本上得到足够的优点，当让，Redis的快速不只仅是数据结构成就的，还有单程成和异步I/O

Redis为何使用单线程？

Redis使用单线程就够了！咱们能够看到下图中官网的描述，Redis的使用瓶颈并非CPU，它主要受到内存和网络的限制。例如，使用在通常Linux系统上运行的流水线Redis每秒能够发送一百万个请求，所以，若是您的应用程序主要使用O（N）或O（log（N））命令，则几乎不会使用过多的CPU 。

从描述中咱们能够看到，Redis在使用的时候，使用单线程就已经可以获取Redis足够使用的CPU资源，主要的瓶颈在于内存。可是单线程为何可以作到这么快的速度的呢？

Redis使用单线程，相比于多线程快在哪里？

从上面官网的介绍咱们看到了，Redis的瓶颈不在线程，不在获取CPU的资源，因此若是使用多线程就会带来多余的资源占用。好比上下文切换、资源竞争、锁的操做。

• 上下文的切换
• • 上下文其实不难理解，它就是CPU寄存器和程序计数器。主要的做用就是存放没有被分配到资源的线程，多线程操做的时候，不是每个线程都可以直接获取到CPU资源的，咱们之因此可以看到咱们电脑上可以运行不少的程序，是应为多线程的执行和CPU不断对多线程的切换。可是总有线程获取到资源，也总有线程须要等待获取资源，这个时候，等待获取资源的线程就须要被挂起，也就是咱们的寄存。这个时候咱们的上下文就产生了，当咱们的上下文再次被唤起，获得资源的时候，就是咱们上下文的切换。
• 竞争资源
• • 竞争资源相对来讲比较好理解，CPU对上下文的切换其实就是一种资源分批，可是在切换以前，到底切换到哪个上下文，就是资源竞争的开始。在我redis中因为是单线程的，因此全部的操做都不会涉及到资源的竞争。
• 锁的消耗
• • 对于多线程的状况来说，不能回避的就是锁的问题。若是说多线程操做出现并发，有可能致使数据不一致，或者操做达不到预期的效果。这个时候咱们就须要锁来解决这些问题。当咱们的线程不少的时候，就须要不断的加锁，释放锁，该操做就会消耗掉咱们不少的时间

I/O复用，非阻塞模型

对于I/O阻塞可能有不少人不知道，I/O操做的阻塞究竟是怎么引发的，Redis又是怎么解决的呢？

• I/O操做的阻塞：当用户线程发出IO请求以后，内核会去查看数据是否就绪，若是没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪以后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除block状态。
• Redis采用多路复用：I/O 多路复用实际上是在单个线程中经过记录跟踪每个sock（I/O流） 的状态来管理多个I/O流。select, poll, epoll 都是I/O多路复用的具体的实现。epoll性能比其余几者要好。redis中的I/O多路复用的全部功能经过包装常见的select、epoll、evport和kqueue这些I/O多路复用函数库来实现的。

---

作一个有底线的博客主