Redis之Redis为什么这么快解读

前言

当别人问我们Redis这么快的时候，很多小白都只会简简单单的回答，因为Redis它是基于内存存储的，使用内存存储数据，可以避免频繁的进行写盘操作，大大降低响应时间。这个确实是一个原因，但回答的还是不够面。起码在这里还得回答上高效的数据结构以及IO网络多路复用的设计架构。

多路复用概述

Redis 采用网络 I/O 多路复用技术，要想理解IO多路复用的话，还得去理解下阻塞 I/O 模型，非阻塞 I/O 模型。

阻塞 I/O 模型

当用户线程发出 I/O 请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果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（block），用户线程交出 CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除阻塞状态。

非阻塞 I/O 模型

当用户线程发起一个 read 操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个 error 时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送 read 操作。一旦内核中的数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回。

用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，非阻塞 I/O 不会交出 CPU，而会一直占用 CPU，从而导致 CPU 占用率非常高。

多路复用

在多路复用 I/O 模型中，会有一个线程不断去轮询多个 socket 的状态，只有当 socket 真正有读写事件时，才真正调用实际的 I/O 读写操作。因为在多路复用 I/O 模型中，只需要使用一个线程就可以管理多个 socket，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程，并且只有在真正有 socket 读写事件进行时，才会使用 I/O 资源，所以它大大减少了资源占用（如 CPU）。

“多路”指的是多个网络连接客户端，“复用”指的是复用同一个线程(单进程)。

select / poll / epoll 就是三个内核提供给用户态的多路复用调用接口

select

select函数仅仅知道有几个I/O事件发生了，但并不知道具体是哪几个socket连接有I/O事件，还需要轮询去查找，时间复杂度为O(n)，处理的请求数越多，所消耗的时间越长。

poll

poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态， 但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的

epoll

epoll可以理解为event pool，不同与select、poll的轮询机制，epoll采用的是事件驱动机制，每个fd上有注册有回调函数，当网卡接收到数据时会回调该函数，同时将该fd的引用放入rdlist就绪列表中。当调用epoll_wait检查是否有事件发生时，只需要检查eventpoll对象中的rdlist双链表中是否有epitem元素即可。如果rdlist不为空，则把发生的事件复制到用户态，同时将事件数量返回给用户。

select、poll采用轮询的方式来检查文件描述符是否处于就绪态，而epoll采用回调机制。造成的结果就是，随着fd的增加，select和poll的效率会线性降低，而epoll不会受到太大影响，除非活跃的socket很多

	select	poll	epoll
操作方式	遍历	遍历	回调
数据结构	bitmap	数组	红黑树
最大连接数	1024（x86）或者2048（x64）	无上限	无上限
最大支持文件描述符数	有最大值限制	65535	65535
fd拷贝	每次调用，都需要把fd结合从用户态拷贝到内核态	每次调用，都需要把fd结合从用户态拷贝到内核态	只有首次调用的时候拷贝
工作效率	每次都要遍历所有文件描述符，时间复杂度O（n）	每次都要遍历所有文件描述符，时间复杂度O（n）	每次只用遍历需要遍历的文件描述符，时间复杂度O（1）

为什么redis一定要部署在Linux机器上才能发挥出该性能？

因为只有linux有epoll函数，其它系统会自动降级成select函数。

redis为什么是单线程及为什么快的总结

1、Redis是纯内存数据库，一般都是简单的存取操作，线程占用的时间很多，时间的花费主要集中在IO上，所以读取速度快。
2、Redis使用的是非阻塞IO、IO多路复用，使用了单线程来轮询描述符，将数据库的开、关、读、写都转换成了事件，减少了线程切换时上下文的切换和竞争。
3、Redis采用了单线程的模型，保证了每个操作的原子性，也减少了线程的上下文切换和竞争。
4、Redis避免了多线程的锁的消耗。
5、Redis采用自己实现的事件分离器，效率比较高，内部采用非阻塞的执行方式，吞吐能力比较大。