高性能的redis

完全基于内存实现

Redis是基于内存的数据库，跟磁盘数据库相比，完全吊打磁盘的速度。
对比一下，内存操作和磁盘操作的差异

内存操作 是由CPU控制的，也就是CPU内部集成的内存控制器，所以说内存是直接与CPU对接，享受最优的带宽。

redis 将数据存储在内存中，读写操作不会因为磁盘的IO速度限制，所以速度飞一般的感觉。

高效的数据结构

Redis常用的五种数据类型和应用场景
string 缓存、限制器
list 链表、队列，朋友圈
hash 用户信息、hash
set 去重、投票、共同好友
zset 排行榜

单线程模型

redis的单线程模型指的是Redis的网络IO以及键值对指令读写是由一个线程来执行。对于redis的持久化、集群数据同步、异步同步删除等都是由其他线程执行的的。

为啥使用多线程？
多线程，通常可以增加系统吞吐量，充分利用CPU资源。但是使用了多线程后，没有良好的系统设计，前期吞吐量会增加，再进一步新增线程时，系统的吞吐量几乎不再新增，甚至会下降。

在运行每个任务之前，CPU 需要知道任务在何处加载并开始运行。也就是说，系统需要帮助它预先设置 CPU 寄存器和程序计数器，这称为 CPU 上下文。

这些保存的上下文存储在系统内核中，并在重新计划任务时再次加载。这样，任务的原始状态将不会受到影响，并且该任务将看起来正在连续运行。

切换上下文时，我们需要完成一系列工作，这是非常消耗资源的操作。

另外，当多线程并行修改共享数据的时候，为了保证数据正确，需要加锁机制就会带来额外的性能开销，面临的共享资源的并发访问控制问题。

引入多线程开发，就需要使用同步原语来保护共享资源的并发读写，增加代码复杂度和调试难度。

单线程又什么好处？
1.不会因为线程创建导致的性能消耗；
2.避免上下文切换引起的 CPU 消耗，没有多线程切换的开销；
3.避免了线程之间的竞争问题，比如添加锁、释放锁、死锁等，不需要考虑各种锁问题。
4.代码更清晰，处理逻辑简单。

单线程是否没有充分利用 CPU 资源呢？

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。原文地址：https://redis.io/topics/faq。

IO多路复用模型

Redis 采用 I/O 多路复用技术，并发处理连接。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。

总结

1.纯内存操作，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.整个 Redis 就是一个全局 哈希表，他的时间复杂度是 O(1)，而且为了防止哈希冲突导致链表过长，Redis 会执行 rehash 操作，扩充 哈希桶数量，减少哈希冲突。并且防止一次性 重新映射数据过大导致线程阻塞，采用 渐进式 rehash。巧妙的将一次性拷贝分摊到多次请求过程后总，避免阻塞。

3.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，Redis 采用自己实现的事件分离器，效率比较高。

4.采用单线程模型，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。

5.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。

6.根据实际存储的数据类型选择不同编码