Redis是单线程还是多线程？为何速度快？
单线程还是多线程？
速度快的原因
Redis单线程模型是怎样的？

单线程还是多线程？
Redis是单线程操作，采用非阻塞IO多路复用单线程，长期持有IO连接，减少了网络IO的时间。
速度快的原因
1.基于纯内存操作，速度快；

2.数据结构简单；

3.由于是单线程，减少了线程竞争，无需对锁进行管理，更高效；

4.采用非阻塞IO多路复用单线程，长期持有IO连接，减少了网络IO的时间
Redis单线程模型是怎样的？
我们拿Redis的setValue动作来分析：

1.首先客户端请求建立连接，服务端进程初始化，请求连接到server socket，server socket触发了AE_READABLE事件，并指定了连接应答处理器，然后进入IO多路复用程序，将server socket压入队列，文件事件分派器拿到socket后，判断是由连接应答处理器消费处理该socket，连接应答处理器创建一个socket1，socket1从而与客户端socket建立通信；



2.进行setValue操作，socket1接收到setValue命令后触发AE_READABLE事件，并指定了命令请求处理器，然后进入IO多路复用程序，将server socket压入队列，文件事件分派器拿到socket后，判断是由命令请求处理器消费处理该socket，命令请求处理器执行setValue命令，将socket1的AE_WRITABLE事件绑定命令回复处理器。客户端准备好获取结果，触发了socket1的AE_WRITABLE事件，然后进入IO多路复用程序，将socket1压入队列，文件事件分派器拿到socket后，判断是由命令请求处理器消费处理该socket，将socket1的操作命令执行结果，返回socket1，socket1再告知客户端。


以上为学习过程中的理解整理的内容，如有错误，请各位指正，在此感谢中华石衫老师的学习资料，阅读后受益匪浅。

先了解下CPU的简单运行原理：
它运行速度非常快，1s内可以运行成千上万次，一个核心可以把1s切分成成千上万个时间片段，这个核心确实同时只能运行一个任务；但是可以将多个任务交替执行，比如上一个时间片段内运行A任务，下个时间片段可以运行B任务，交替执行，因为时间片段很短，所以感觉就是同时在进行了。
再了解下单线程和多线程的区别：
先看下单进程，顾名思义，就是一条进程，类似于单向公路上只有一条车道，每次只能过一辆车，多进程则表示多个车道，可以同时过多辆车；那么单线程和多线程意义严格上来说不是进程这样的理解，因为进程内的线程同一时间点只能运行一个，不存在同时进行，CPU给我们的感觉的同时进行，只是它运行的非常快，交替执行多个线程差别可能是毫秒、微秒的区别，所以感觉不到差别，他们在同时进行。
接着就产生了单线程和多线程的疑惑：
既然上述说了，多线程并不是多个线程并发在同一时间点运行，而是CPU有计划的交替执行各个多线程，那多线程的优势在哪里？比如python里，从上运行到下调用多次同一个函数是个单线程，和把几次调用函数写成多线程，依据上述理论，这里的CPU运行时间并没有变快啊，因为多线程不能并发运行，也是一个个线程类交替执行完成啊，甚至多线程可能更慢，因为它还要花时间去管理交替执行任务上，不要怀疑，事实上就是如此，那么我们使用多线程的意义在哪里？
这里需要了解下GIL：
Python是解释型语言，那么它在运行的时候就需要解释器了，简单描述下GIL，即global interpreter lock，全局解释器锁，就是python在运行的时候会锁定解释器，就是说在运行的时候只能是一个线程，锁死了，切换不了；每个线程在运行之前都要申请GIL，那么就必须要等上一个线程释放这把锁你才可以申请到，然后执行代码，执行完后，你再交给下一个线程，让它去执行代码，过程如下：
设置GIL -> 切换到一个线程去执行 -> 运行 -> 把线程设置为睡眠状态 -> 解锁GIL
然后再次重复以上步骤。
IO密集型任务多线程比单线程要快太多：
貌似多线程比单线程还要耗CPU，而且运行速度又没变快，甚至更慢，这是相对于计算密集型任务(要进行大量的计算，消耗CPU资源，比如计算圆周率、对视频进行高清解码等等，全靠CPU的运算能力)来说的，像这类计算密集型任务由于主要消耗CPU资源，python用多线程效率不会提高，甚至是会更慢，原理见上述GIL；
还有一种IO密集型任务，涉及到网络、磁盘IO的任务都是IO密集型任务，这类任务的特点是CPU消耗很少，任务的大部分时间都在等待IO操作完成(因为IO的速度远远低于CPU和内存的速度)，99%的时间都花在IO上，花在CPU上的时间很少；
原谅我不自觉的想到了爬虫，爬虫是典型的IO密集型任务，多线程的发送请求情况下：发送一个请求到收到服务器的响应数据取决于网络的快慢，那么发送一个请求之后就是等待服务器的响应了，期间会释放GIL锁，其他线程就可以申请到这把锁，进行发送请求了，重复上述操作直到最后一个请求，那么就等同于非常短的时间内，CPU发送了多个请求，接下来就是等待服务器的响应；那么如果是单线程呢？它发送一个请求后就在那里等着服务器响应，直到服务器有返回数据到客户端后，才会释放GIL锁，接着继续下一个请求，只能是一个个的排队，直到最后一个执行完，显而易见，这里的线程相当并发请求了，比单线程要快的多。
综上所述：
在处理计算密集型任务时，python的多线程劣与单线程，性能表现比单线程要差；
在处理IO密集型任务时，python的多线程优与单线程，性能表现比单线程要好太多；

转自：https://blog.csdn.net/bird73/article/details/79792548

总结：

redis是单线程，线程安全

redis可以能够快速执行的原因：

(1) 绝大部分请求是纯粹的内存操作（非常快速）

(2) 采用单线程,避免了不必要的上下文切换和竞争条件

(3) 非阻塞IO - IO多路复用（IO 多路复用是什么意思？）

IO多路复用中有三种方式：select,poll,epoll。需要注意的是，select,poll是线程不安全的，epoll是线程安全的

redis内部实现采用epoll，采用了epoll+自己实现的简单的事件框架。epoll中的读、写、关闭、连接都转化成了事件，然后利用epoll的多路复用特性，绝不在io上浪费一点时间 这3个条件不是相互独立的，特别是第一条，如果请求都是耗时的，采用单线程吞吐量及性能可想而知了。应该说redis为特殊的场景选择了合适的技术方案。

原文：


0. redis单线程问题




    单线程指的是网络请求模块使用了一个线程（所以不需考虑并发安全性），即一个线程处理所有网络请求，其他模块仍用了多个线程。




 

1. 为什么说redis能够快速执行




(1) 绝大部分请求是纯粹的内存操作（非常快速）



(2) 采用单线程,避免了不必要的上下文切换和竞争条件



(3) 非阻塞IO - IO多路复用




 

 

2. redis的内部实现




内部实现采用epoll，采用了epoll+自己实现的简单的事件框架。epoll中的读、写、关闭、连接都转化成了事件，然后利用epoll的多路复用特性，绝不在io上浪费一点时间 这3个条件不是相互独立的，特别是第一条，如果请求都是耗时的，采用单线程吞吐量及性能可想而知了。应该说redis为特殊的场景选择了合适的技术方案。




 

3. Redis关于线程安全问题



     redis实际上是采用了线程封闭的观念，把任务封闭在一个线程，自然避免了线程安全问题，不过对于需要依赖多个redis操作的复合操作来说，依然需要锁，而且有可能是分布式锁。



 

4. IO多路复用




        参考： https://www.zhihu.com/question/32163005




要弄清问题先要知道问题的出现原因





原因:





由于进程的执行过程是线性的(也就是顺序执行),当我们调用低速系统I/O(read,write,accept等等),进程可能阻塞,此时进程就阻塞在这个调用上,不能执行其他操作.阻塞很正常.





接下来考虑这么一个问题:一个服务器进程和一个客户端进程通信,服务器端read(sockfd1,bud,bufsize),此时客户端进程没有发送数据,那么read(阻塞调用)将阻塞，直到客户端调用write(sockfd,but,size)发来数据.在一个客户和服务器通信时这没什么问题；





当多个客户与服务器通信时当多个客户与服务器通信时,若服务器阻塞于其中一个客户sockfd1,当另一个客户的数据到达套接字sockfd2时,服务器不能处理,仍然阻塞在read(sockfd1,...)上;此时问题就出现了,不能及时处理另一个客户的服务,咋么办?





I/O多路复用来解决!





 





I/O多路复用:





继续上面的问题,有多个客户连接,sockfd1,sockfd2,sockfd3..sockfdn同时监听这n个客户,当其中有一个发来消息时就从select的阻塞中返回,然后就调用read读取收到消息的sockfd,然后又循环回select阻塞;这样就不会因为阻塞在其中一个上而不能处理另一个客户的消息

















 





Q:





那这样子，在读取socket1的数据时，如果其它socket有数据来，那么也要等到socket1读取完了才能继续读取其它socket的数据吧。那不是也阻塞住了吗？而且读取到的数据也要开启线程处理吧，那这和多线程IO有什么区别呢？





A:





1.CPU本来就是线性的不论什么都需要顺序处理并行只能是多核CPU





2.io多路复用本来就是用来解决对多个I/O监听时,一个I/O阻塞影响其他I/O的问题,跟多线程没关系.





3.跟多线程相比较,线程切换需要切换到内核进行线程切换,需要消耗时间和资源.而I/O多路复用不需要切换线/进程,效率相对较高,特别是对高并发的应用nginx就是用I/O多路复用,故而性能极佳.但多线程编程逻辑和处理上比I/O多路复用简单.而I/O多路复用处理起来较为复杂.





 

5. 使用Redis有哪些好处？




(1) 速度快，因为数据存在内存中，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)



(2) 支持丰富数据类型，支持string，list，set，sorted set，hash



(3) 支持事务，操作都是原子性，所谓的原子性就是对数据的更改要么全部执行，要么全部不执行



(4) 丰富的特性：可用于缓存，消息，按key设置过期时间，过期后将会自动删除



 




 

 

6. Redis相比memcached有哪些优势？




(1) memcached所有的值均是简单的字符串，redis作为其替代者，支持更为丰富的数据类型



(2) redis的速度比memcached快很多



(3) redis可以持久化其数据



(4)Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。



(5) 使用底层模型不同，它们之间底层实现方式 以及与客户端之间通信的应用协议不一样。Redis直接自己构建了VM 机制 ，因为一般的系统调用系统函数的话，会浪费一定的时间去移动和请求。



(6）value大小：redis最大可以达到1GB，而memcache只有1MB



 




 

 

7. Redis常见性能问题和解决方案：




(1) Master最好不要做任何持久化工作，如RDB内存快照和AOF日志文件；(Master写内存快照，save命令调度rdbSave函数，会阻塞主线程的工作，当快照比较大时对性能影响是非常大的，会间断性暂停服务，所以Master最好不要写内存快照;AOF文件过大会影响Master重启的恢复速度)



(2) 如果数据比较重要，某个Slave开启AOF备份数据，策略设置为每秒同步一次



(3) 为了主从复制的速度和连接的稳定性，Master和Slave最好在同一个局域网内



(4) 尽量避免在压力很大的主库上增加从库



(5) 主从复制不要用图状结构，用单向链表结构更为稳定，即：Master <- Slave1 <- Slave2 <- Slave3...；这样的结构方便解决单点故障问题，实现Slave对Master的替换。如果Master挂了，可以立刻启用Slave1做Master，其他不变。




 

 

8. Redis的回收策略




volatile-lru：从已设置过期时间的数据集（server.db[i].expires）中挑选最近最少使用的数据淘汰



volatile-ttl：从已设置过期时间的数据集（server.db[i].expires）中挑选将要过期的数据淘汰



volatile-random：从已设置过期时间的数据集（server.db[i].expires）中任意选择数据淘汰



allkeys-lru：从数据集（server.db[i].dict）中挑选最近最少使用的数据淘汰



allkeys-random：从数据集（server.db[i].dict）中任意选择数据淘汰



no-enviction（驱逐）：禁止驱逐数据



注意这里的6种机制，volatile和allkeys规定了是对已设置过期时间的数据集淘汰数据还是从全部数据集淘汰数据，后面的lru、ttl以及random是三种不同的淘汰策略，再加上一种no-enviction永不回收的策略。



　　使用策略规则：



　　1、如果数据呈现幂律分布，也就是一部分数据访问频率高，一部分数据访问频率低，则使用allkeys-lru



　　2、如果数据呈现平等分布，也就是所有的数据访问频率都相同，则使用allkeys-random




 

 

9. 五种I/O模型介绍




IO 多路复用是5种I/O模型中的第3种，对各种模型讲个故事，描述下区别：



故事情节为：老李去买火车票，三天后买到一张退票。参演人员（老李，黄牛，售票员，快递员），往返车站耗费1小时。



1.阻塞I/O模型



老李去火车站买票，排队三天买到一张退票。



耗费：在车站吃喝拉撒睡 3天，其他事一件没干。



 



 



2.非阻塞I/O模型



老李去火车站买票，隔12小时去火车站问有没有退票，三天后买到一张票。



耗费：往返车站6次，路上6小时，其他时间做了好多事。



 



 



3.I/O复用模型




 





1.select/poll





 





老李去火车站买票，委托黄牛，然后每隔6小时电话黄牛询问，黄牛三天内买到票，然后老李去火车站交钱领票。 





 





耗费：往返车站2次，路上2小时，黄牛手续费100元，打电话17次





2.epoll





 





老李去火车站买票，委托黄牛，黄牛买到后即通知老李去领，然后老李去火车站交钱领票。 





 





耗费：往返车站2次，路上2小时，黄牛手续费100元，无需打电话




 



 



4.信号驱动I/O模型



老李去火车站买票，给售票员留下电话，有票后，售票员电话通知老李，然后老李去火车站交钱领票。 



耗费：往返车站2次，路上2小时，免黄牛费100元，无需打电话



 



 



5.异步I/O模型



老李去火车站买票，给售票员留下电话，有票后，售票员电话通知老李并快递送票上门。 



耗费：往返车站1次，路上1小时，免黄牛费100元，无需打电话



 



1同2的区别是：自己轮询



2同3的区别是：委托黄牛



3同4的区别是：电话代替黄牛



4同5的区别是：电话通知是自取还是送票上门



 

 

 

 

Redis的高并发和快速原因
1.redis是基于内存的，内存的读写速度非常快；
2.redis是单线程的，省去了很多上下文切换线程的时间；
3.redis使用多路复用技术，可以处理并发的连接。非阻塞IO 内部实现采用epoll，采用了epoll+自己实现的简单的事件框架。epoll中的读、写、关闭、连接都转化成了事件，然后利用epoll的多路复用特性，绝不在io上浪费一点时间。
下面重点介绍单线程设计和IO多路复用核心设计快的原因。
为什么Redis是单线程的
1.官方答案
因为Redis是基于内存的操作，CPU不是Redis的瓶颈，Redis的瓶颈最有可能是机器内存的大小或者网络带宽。既然单线程容易实现，而且CPU不会成为瓶颈，那就顺理成章地采用单线程的方案了。
2.性能指标
关于redis的性能，官方网站也有，普通笔记本轻松处理每秒几十万的请求。
3.详细原因
1）不需要各种锁的性能消耗
Redis的数据结构并不全是简单的Key-Value，还有list，hash等复杂的结构，这些结构有可能会进行很细粒度的操作，比如在很长的列表后面添加一个元素，在hash当中添加或者删除
一个对象。这些操作可能就需要加非常多的锁，导致的结果是同步开销大大增加。
总之，在单线程的情况下，就不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗。
2）单线程多进程集群方案
单线程的威力实际上非常强大，每核心效率也非常高，多线程自然是可以比单线程有更高的性能上限，但是在今天的计算环境中，即使是单机多线程的上限也往往不能满足需要了，需要进一步摸索的是多服务器集群化的方案，这些方案中多线程的技术照样是用不上的。
所以单线程、多进程的集群不失为一个时髦的解决方案。
3）CPU消耗
采用单线程，避免了不必要的上下文切换和竞争条件，也不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗 CPU。
但是如果CPU成为Redis瓶颈，或者不想让服务器其他CUP核闲置，那怎么办？
可以考虑多起几个Redis进程，Redis是key-value数据库，不是关系数据库，数据之间没有约束。只要客户端分清哪些key放在哪个Redis进程上就可以了。
Redis单线程的优劣势
单进程单线程优势
代码更清晰，处理逻辑更简单
不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，没有因为可能出现死锁而导致的性能消耗
不存在多进程或者多线程导致的切换而消耗CPU
单进程单线程弊端
无法发挥多核CPU性能，不过可以通过在单机开多个Redis实例来完善；
IO多路复用技术
redis 采用网络IO多路复用技术来保证在多连接的时候， 系统的高吞吐量。
多路-指的是多个socket连接，复用-指的是复用一个线程。多路复用主要有三种技术：select，poll，epoll。epoll是最新的也是目前最好的多路复用技术。
这里“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求（尽量减少网络IO的时间消耗），且Redis在内存中操作数据的速度非常快（内存内的操作不会成为这里的性能瓶颈），主要以上两点造就了Redis具有很高的吞吐量。
Redis高并发快总结
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. 再说一下IO，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. 另外，数据结构也帮了不少忙，Redis全程使用hash结构，读取速度快，还有一些特殊的数据结构，对数据存储进行了优化，如压缩表，对短数据进行压缩存储，再如，跳表，使用有序的数据结构加快读取的速度。
5. 还有一点，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。
以上就是redis高并发快的详解。
觉得不错请点赞支持下。关注优知学院专栏【直通BAT】进阶Java架构师，实战架构技术干货第一时间送达。
----end----
优知学院官网往期分享的Redis精选干货，感兴趣不妨深入了解，让你知其然更知其所以然，深度掌握Redis。
Redis缓存和MySQL数据一致性方案详解
Redis并发竞争key的解决方案详解
如何解决Redis雪崩、穿透、并发等5大难题
Redis面试题目49道附答案