Redis为何那么快？/多路I/O复用模型，非阻塞IO

最新推荐文章于 2024-02-05 01:31:43 发布

二十六画生的博客

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分类专栏： Redis 文章标签： redis 多路IO 复用

原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xlgen157387/article/details/79470556

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本文解析了Redis快速的原因，包括基于内存的数据结构、单线程避免锁竞争、I/O多路复用提高并发效率，以及内存数据库的工作原理，展示了Redis高QPS背后的机制。

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Redis为什么这么快

1、基于内存，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速。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、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，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；

3、使用多路I/O复用模型，非阻塞IO；

4、数据结构简单，对数据操作也简单，Redis中的数据结构是专门进行设计的；

多路I/O复用模型，非阻塞IO

下面举一个例子，模拟一个tcp服务器处理30个客户socket。假设你是一个监考老师，让30个学生解答一道竞赛考题，然后负责验收学生答卷，你有下面几个选择：

第一种选择：按顺序逐个验收，先验收A，然后是B，之后是C、D。。。这中间如果有一个学生卡住，全班都会被耽误。这种模式就好比，你用循环挨个处理socket，根本不具有并发能力。
第二种选择：你创建30个分身，每个分身检查一个学生的答案是否正确。这种类似于为每一个用户创建一个进程或者线程处理连接。
第三种选择，你站在讲台上等，谁解答完谁举手。这时C、D举手，表示他们解答问题完毕，你下去依次检查C、D的答案，然后继续回到讲台上等。此时E、A又举手，然后去处理E和A。。。这种就是IO复用模型，Linux下的select、poll和epoll就是干这个的。将用户socket对应的fd注册进epoll，然后epoll帮你监听哪些socket上有消息到达，这样就避免了大量的无用操作。此时的socket应该采用非阻塞模式。这样，整个过程只在调用select、poll、epoll这些调用的时候才会阻塞，收发客户消息是不会阻塞的，整个进程或者线程就被充分利用起来，这就是事件驱动，所谓的reactor模式。【epoll监听哪些socket上有事件到达，当 accept、read、write 和 close 文件事件产生时，就会回调 FD 绑定的事件处理器】

有30个redis客户端（考生）与redis服务器的网络连接模块（监考老师）保持TCP连接，客户端会不定时的发送请求给服务器，当有一个redis客户端发起请求，会触发unix系统像epoll这样的系统调用，Redis的I/O 多路复用模块封装了底层的epoll这样的 I/O 多路复用函数，然后转发到相应的事件处理器。

文件事件处理器使用 I/O 多路复用模块同时监听多个 FD（文件描述符），当 accept、read、write 和 close 文件事件产生时，文件事件处理器就会回调 FD 绑定的事件处理器。

虽然整个文件事件处理器是在单线程上运行的，但是通过 I/O 多路复用模块的引入，实现了同时对多个 FD 读写的监控，提高了网络通信模型的性能，同时也可以保证整个 Redis 服务实现的简单。

https://juejin.cn/post/6844903814500220936

https://draveness.me/redis-io-multiplexing/ 《Redis 和 I/O 多路复用》

内存数据库的工作模式

多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O 事件的能力，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有 I/O 事件时，就从阻塞态中唤醒，于是程序就会轮询一遍所有的流（epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流），并且只依次顺序的处理就绪的流，这种做法就避免了大量的无用操作。

**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，也就是说内存内的操作不会成为影响Redis性能的瓶颈，主要由以上几点造就了 Redis 具有很高的吞吐量。

Redis不使用表，他的数据库不会预定义或者强制去要求用户对Redis存储的不同数据进行关联。

数据库的工作模式按存储方式可分为：硬盘数据库和内存数据库。Redis 将数据储存在内存里面，读写数据的时候都不会受到硬盘 I/O 速度的限制，所以速度极快。

（1）硬盘数据库的工作模式：
这里写图片描述
（2）内存数据库的工作模式：

看完上述的描述，对于一些常见的Redis相关的面试题，是否有所认识了，例如：什么是Redis、Redis常见的数据结构类型有哪些、Redis是如何进行持久化的等。

Redis到底有多快

Redis采用的是基于内存的采用的是单进程单线程模型的 KV 数据库，由C语言编写，官方提供的数据是可以达到100000+的QPS（每秒内查询次数）。这个数据不比采用单进程多线程的同样基于内存的 KV 数据库 Memcached 差！有兴趣的可以参考官方的基准程序测试《How fast is Redis？》（https://redis.io/topics/benchmarks）

这里写图片描述
横轴是连接数，纵轴是QPS。此时，这张图反映了一个数量级，希望大家在面试的时候可以正确的描述出来，不要问你的时候，你回答的数量级相差甚远！