Redis为什么使用单进程单线程方式也这么快

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100k+的qps。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。

Redis 快的主要原因有:

  1. 完全基于内存
  2. 数据结构简单,对数据操作也简单
  3. 使用多路 I/O 复用模型,非阻塞IO
  4. 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
  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

多路 I/O 复用模型

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(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。

和 Memcached 不同,Redis 并没有直接使用 Libevent,而是自己完成了一个非常轻量级的对 select、epoll、evport、kqueue 这些通用的接口的实现。在不同的系统调用选用适合的接口,linux 下默认是 epoll。因为 Libevent 比较重,更通用,代码量也就很庞大,拥有很多 Redis 用不上的功能,Redis 为了追求“轻巧”并且去除依赖,就选择自己去封装了一套。

单进程单线程好处

  1. 代码更清晰,处理逻辑更简单
  2. 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. 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

其他一些优秀的开源软件采用的模型
1.单进程多线程模型:MySQL、Memcached、Oracle(Windows版本)
2.多进程模型:Oracle(Linux版本)
3.Nginx有两类进程,一类称为Master进程(相当于管理进程),另一类称为Worker进程(实际工作进程)。启动方式有两种:
(1)单进程启动:此时系统中仅有一个进程,该进程既充当Master进程的角色,也充当Worker进程的角色。
(2)多进程启动:此时系统有且仅有一个Master进程,至少有一个Worker进程工作。

Master进程主要进行一些全局性的初始化工作和管理Worker的工作;事件处理是在Worker中进行的。

参考:
为什么说Redis是单线程的以及Redis为什么这么快!
Redis单线程原理