Redis 是单线程结构，但为何单线程还能支持高并发？

现在随便问一个程序员都能大谈特谈 Redis，但是你在深入一点问他：Redis 是单线程结构的，但为何单线程还能支持高并发？你一想，好像有点矛盾啊。和我们理解的有点不一样啊，高并发一般都是需要多个线程来处理吧，为什么 Redis 设计反而倒退来呢？本文将带着这样的疑惑和大家一起来聊聊 Redis 之所以高效的原因！

一说到 Redis，大家想到的肯定是它是一个内存数据库，可以用它来做缓存。那我就问，缓存我也可以用 Map 或者 EHcache 来做啊，为什么要用 Redis？

Map 和 EHcache 只能做单机的，而且 Map 需要自己维护等，我现在需要集群环境，所以我要用 Redis。

做集群 Memcahed 也可以做啊，不一定非要用 Redis 吧？

是的，Memcahed 主要是数据结构单一。而且 Redis 比 Memcahed 更火等等。

说了一大推，其实没说到重点，而且是一点一点的挤牙膏。根本原因是对 Redis 理解的不够深！

关于 Redis 和 Memcahed 的区别不是本文的重点，想要了解的可以参考：memcached redis 对比分析

回到主题，当我把这个问题发到各个技术群后，一些人就开始 Redis 的简介之类的话题。根本不和我意。

要回答完整这个问题，我们先从分布式架构来思考思考。

先说明，这只是我个人的理解！

首先，Redis 最开始的设计可能就是想做一个缓存来用。但是分布式环境复杂，暴露的问题可能比较多，所以 Redis 就要做集群。做集群后，可能和 Memcahed 效果类似了，我们要超越它，所以可能就有了多数据类型的存储结构。光做缓存，如何已宕机数据就丢失了。我们的口号是超越 Memcahed，所以我们要支持数据持久化。于是可能就有了 AOF 和 RDB，就可以当数据库来用来。这样 Redis 的高效可靠的设计，所以它又可以用来做消息中间件。这就是 Redis 的三大特点，可以用来做：缓存、数据库和消息中间件。

再来说说，Redis 如何设计成但进程单线程的？

根据官方的测试结果《How fast is Redis？》来看，在操作内存的情况下，CPU 并不能起到决定性的作用，反而可能带来一些其他问题。比如锁，CPU 切换带来的性能开销等。这一点我们可以根据官方的测试报告，提供的数据来证明。而且官方提供的数据是可以达到100000+的QPS（每秒内查询次数），这个数据并不比采用单进程多线程 Memcached 差！所以在基于内存的操作，CPU不是 Redis 瓶颈的情况下，官方采用来单进程单线程的设计。

好了，说完单线程设计后，我们再来讨论讨论单线程的设计为什么能支持高并发？

原因有以下几点：

第一，我们请求 Redis 更多的是操作内存。直接操作内存就很快啊，数据存在内存中，类似于 HashMap。HashMap 的优势就是查找和操作的时间复杂度都是 O(1)。

第二，单线程，没有 CPU 上下文切换带来的开销问题。而且上面也说了，内存操作和 CPU 的多核影响不大。直接采用单线程，就不用考虑各种锁，与之相关的加锁，解锁，死锁等问题就不复存在了。

第三，多路 IO 复用。这个后面我会具体的来讲讲它。能谈到这一点说明对 Redis 有一定的理解。这涉及到基于操作系统的网络 IO 模型。Reactor 网络模式，epoll，poll，select，kqueue 等多路复用 IO。

第四，依赖第二点。由于是单线程的，所以就存在一个顺序读写问题。大家可以比较以下，随机读写和顺序读写的速度。

第五，Redis 的数据结构，是经过专门的研究和设计的。所以操作起来简单且快。

第六，Redis 自己构建了VM 机制。因为一般的调用系统函数，会浪费一定的时间。

综合以上内容，Redis 才有单线程，高性能的特点。

最后，再说一点，Redis 是单进程和单线程的设计，并不是说它不能多进程多线程。比如备份时会 fork 一个新进程来操作；再比如基于 COW 原理的 RDB 操作就是多线程的。