10万+QPS 真的只是因为单线程和基于内存？

你以为 Redis 这么快仅仅因为单线程和基于内存？

那么你想得太少了，我个人认为 Redis 的快是基于多方面的：不但是单线程和内存，还有底层的数据结构设计，网络通信的设计，主从、哨兵和集群等等方面的设计~

下面，我将 360° 为你揭开 Redis QPS达到10万/秒的神秘面纱。

一、底层数据结构设计

1、底层架构：

首先值得称赞的第一点：Redis 底层使用的数据结构很多，但是却没有直接使用这些数据结构来实现键值对数据库，而是基于数据结构创建了一个对象（redisObject）系统。（是不是觉得有点面向对象编程的意思 😂 ~）

对象系统里面包括了字符串对象，列表对象，哈希对象、集合对象和有序集合对象。

使用对象的好处：

• Redis 在执行命令之前，可以根据对象的类型判断这个对象是否可以执行给定的命令。
• 可以针对不用的使用场景，为对象设置多种不同的数据结构实现，从而优化对象在不同场景下的使用效率。

一个对象怎么设置不同的数据结构实现？

在讲解前，我们必须要了解 Redis 对象的结构。

它三个重要的部分：type 属性、encoding 属性，和 ptr 属性。

我们用字符串对象为例：

我们都知道，Redis 的 SET 命令其实是针对字符串的，但是它也可以设置数值。那底层是怎么做的呢？

它会将 String 对象的 encoding 属性标识为 REDIS_ENCODING_INT，表示这个键对应的值是 Long 类型的整数。

而当我们利用 APPEND 命令往值后面添加字符串呢？

此时会将 String 对象的 encoding 属性的标识为 REDIS_ENCODING_RAW，表示这个值此时是简单动态字符串。

正是因为使用对象，通过 type、encoding和prt 属性，使得同一个对象可以适应在不同的场景下，使得不同的改变不需要创建新的键值对，这样使得 Redis 的对象使用效率非常的高。

2、灵活的字符串对象

Redis 的字符串对象采用三种编码：int、embstr 和 raw。

int 编码就不用说了，就是为了兼容 SET 命令可以设置数值。

而 embstr 和 raw 最大的区别就是内存分配操作次数：

• embstr 编码专门用于保存短字符串，所以它是通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间，空间包含 redisObject 和 sdsshdr 两个结构，这样可以很好地利用缓存带来的优势。
• raw 编码则是用于保存长字符串，它通过调用两次内存分配函数来分别创建 redisObject 结构和 sdshdr 结构

3、绝妙的字符串优化策略

Redis 中字符串对象的底层是使用 SDS （Simple Dynamic String）实现的。

SDS 有三部分：

• len：记录 buf 数组中已使用字节的数量，等于 SDS 锁保存字符串的长度

• free：记录 buf 数组中未使用字节的数量

• buf[]：字节数组，用于保存字符串

首先介绍一下使用 len 属性和 free 属性的好处：

得益于 SDS 有 len 属性，获取字符串长度的复杂度为 O(1);

得益于 SDS 有 free 属性，可以杜绝缓冲区溢出，字符串扩展前可以根据 free 属性来判断是否满足直接扩展，不满足则需要先执行内存重分配操作，然后再扩展字符串。

我们都知道修改字符串长度很有可能导致触发内存重分配操作