Redis為什么是單線程的

為什么需要多線程

首先，現(xiàn)在的CPU一般都是由多個(gè)核心組成，每個(gè)核心可以認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)立的處理器，它們能夠并行地處理任務(wù)。所以，如果我們的CPU是多核的，但是程序是單線程的，那么執(zhí)行程序時(shí)，這個(gè)線程在某一個(gè)時(shí)刻只能在一個(gè)核心上運(yùn)行，而其它的核心卻是空閑的（如果沒有其他程序的話）。所以，為了提高CPU的使用率，我們可以創(chuàng)建多個(gè)線程，每個(gè)線程處理任務(wù)的一部分（每個(gè)部分互不依賴），而每個(gè)核心執(zhí)行一個(gè)線程，此時(shí)CPU的使用率將提高，程序的運(yùn)行速度自然也就加快了。

除此之外，假設(shè)我們的程序有A、B、C三個(gè)任務(wù)需要執(zhí)行，但是由于我們的程序使用的是單線程，這些任務(wù)只能輪流執(zhí)行，A執(zhí)行完畢只后，才能執(zhí)行B，B執(zhí)行完畢只后，才能執(zhí)行C。這也就意味著，在單線程的環(huán)境下，一個(gè)新的任務(wù)，需要等待它之前的任務(wù)執(zhí)行完畢之后，才能被執(zhí)行。假設(shè)A任務(wù)是一個(gè)非常耗時(shí)的任務(wù)，那么后面的B、C需要等待較長的一段時(shí)間，才能被執(zhí)行，這樣的話提交B、C任務(wù)的用戶，需要等待較長的時(shí)間，才能得到響應(yīng)。如果使用的是多線程，那么每個(gè)線程被分配到不同的核心上，可以并行地執(zhí)行；若核心數(shù)量不夠，CPU將采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法，輪流為每一個(gè)線程分配時(shí)間片執(zhí)行，這樣后續(xù)到達(dá)的任務(wù)，也可以并發(fā)地執(zhí)行，而不需要等待之前任務(wù)的完成。此時(shí)，后續(xù)到達(dá)的任務(wù)，也可以較早地得到響應(yīng)，任務(wù)的響應(yīng)速度變得更加均勻。

如何理解redis的單線程

這里需要注意一個(gè)問題，我們所說的Redis的單線程，不是指Redis程序真的只會(huì)有一個(gè)線程。這里所說的單線程，指的是Redis處理客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)操作請求（增刪改查），只會(huì)使用一個(gè)線程去執(zhí)行。但是實(shí)際上，Redis在執(zhí)行其他操作的時(shí)候，可能會(huì)開啟多個(gè)進(jìn)程或線程，比如說持久化。Redis執(zhí)行BGSAVE指令，進(jìn)行快照持久化時(shí)，就會(huì)fork出一個(gè)子進(jìn)程，然后子進(jìn)程去創(chuàng)建快照，完成持久化操作。

redis為什么使用單線程

官方解釋如下：因?yàn)镽edis是基于內(nèi)存的操作，CPU不是Redis的瓶頸，Redis的瓶頸最有可能是機(jī)器內(nèi)存的大小或者網(wǎng)絡(luò)帶寬。既然單線程容易實(shí)現(xiàn)，而且CPU不會(huì)成為瓶頸，那就順理成章地采用單線程的方案了。

上面的解釋不是很好理解，我就簡單說一說我自己的理解吧。我們知道，Redis將數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存當(dāng)中，這也就意味著，Redis在操作數(shù)據(jù)時(shí)，不需要進(jìn)行磁盤I/O。磁盤I/O是一個(gè)比較耗時(shí)的操作，所以對于需要進(jìn)行磁盤I/O的程序，我們可以使用多線程，在某個(gè)線程進(jìn)行I/O時(shí)，CPU切換到當(dāng)前程序的其他線程執(zhí)行，以此減少CPU的等待時(shí)間。而Redis直接操作內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，所以使用多線程并不能有效提升效率，相反，使用多線程反倒會(huì)因?yàn)樾枰M(jìn)行線程的切換而降低效率。

除此之外，使用多線程的話，多個(gè)線程間進(jìn)行同步，保證線程的安全，也是需要開銷的。尤其是Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是一些實(shí)現(xiàn)較為簡單的集合結(jié)構(gòu)，若使用多線程，將會(huì)頻繁地發(fā)生線程沖突，線程的競爭頻率較高，反倒會(huì)拖慢Redis的響應(yīng)速度。

綜上所述，Redis為了保持簡單和高效，自然而然地就使用了單線程。

redis如何提高CPU的使用率

前面也提過，現(xiàn)在的CPU一般都有多個(gè)核心，每個(gè)核心可以單獨(dú)執(zhí)行。Redis處理客戶端請求使用單線程，那么自然而然，無法將CPU的所有核心都占用，也就造成了資源的浪費(fèi)。而解決的方式也比較簡單，我們可以在同一個(gè)服務(wù)器上開啟多個(gè)Redis程序，每個(gè)Redis程序使用不同的端口，相互獨(dú)立，以此提高CPU的使用率。而這多個(gè)Redis程序可以配置成主從節(jié)點(diǎn)，共同為一個(gè)程序服務(wù)，也可以相互獨(dú)立，服務(wù)于多個(gè)程序。

總結(jié)

以上就對Redis為何使用單線程，做了一個(gè)大致的介紹，總的來說，Redis使用單線程的原因就是：多線程并不能有效提升Redis的性能，相反可能還會(huì)降低性能，所以自然而然使用單線程。

Redis為什么是單線程、及高并發(fā)快的大原因詳解

Redis的高并發(fā)和快速原因

1.redis是基于內(nèi)存的，內(nèi)存的讀寫速度非?？?；

2.redis是單線程的，省去了很多上下文切換線程的時(shí)間；

3.redis使用多路復(fù)用技術(shù)，可以處理并發(fā)的連接。非阻塞IO 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)采用epoll，采用了epoll+自己實(shí)現(xiàn)的簡單的事件框架。epoll中的讀、寫、關(guān)閉、連接都轉(zhuǎn)化成了事件，然后利用epoll的多路復(fù)用特性，絕不在io上浪費(fèi)一點(diǎn)時(shí)間。

下面重點(diǎn)介紹單線程設(shè)計(jì)和IO多路復(fù)用核心設(shè)計(jì)快的原因。

為什么Redis是單線程的

1.官方答案

因?yàn)镽edis是基于內(nèi)存的操作，CPU不是Redis的瓶頸，Redis的瓶頸最有可能是機(jī)器內(nèi)存的大小或者網(wǎng)絡(luò)帶寬。既然單線程容易實(shí)現(xiàn)，而且CPU不會(huì)成為瓶頸，那就順理成章地采用單線程的方案了。

2.性能指標(biāo)

關(guān)于redis的性能，官方網(wǎng)站也有，普通筆記本輕松處理每秒幾十萬的請求。

3.詳細(xì)原因

1）不需要各種鎖的性能消耗

Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不全是簡單的Key-Value，還有l(wèi)ist，hash等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)有可能會(huì)進(jìn)行很細(xì)粒度的操作，比如在很長的列表后面添加一個(gè)元素，在hash當(dāng)中添加或者刪除

一個(gè)對象。這些操作可能就需要加非常多的鎖，導(dǎo)致的結(jié)果是同步開銷大大增加。

總之，在單線程的情況下，就不用去考慮各種鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖操作，沒有因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)死鎖而導(dǎo)致的性能消耗。

2）單線程多進(jìn)程集群方案

單線程的威力實(shí)際上非常強(qiáng)大，每核心效率也非常高，多線程自然是可以比單線程有更高的性能上限，但是在今天的計(jì)算環(huán)境中，即使是單機(jī)多線程的上限也往往不能滿足需要了，需要進(jìn)一步摸索的是多服務(wù)器集群化的方案，這些方案中多線程的技術(shù)照樣是用不上的。

所以單線程、多進(jìn)程的集群不失為一個(gè)時(shí)髦的解決方案。

3）CPU消耗

采用單線程，避免了不必要的上下文切換和競爭條件，也不存在多進(jìn)程或者多線程導(dǎo)致的切換而消耗 CPU。

但是如果CPU成為Redis瓶頸，或者不想讓服務(wù)器其他CUP核閑置，那怎么辦？

可以考慮多起幾個(gè)Redis進(jìn)程，Redis是key-value數(shù)據(jù)庫，不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)之間沒有約束。只要客戶端分清哪些key放在哪個(gè)Redis進(jìn)程上就可以了。

Redis單線程的優(yōu)劣勢

1.單進(jìn)程單線程優(yōu)勢

 代碼更清晰，處理邏輯更簡單 不用去考慮各種鎖的問題，不存在加鎖釋放鎖操作，沒有因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)死鎖而導(dǎo)致的性能消耗 不存在多進(jìn)程或者多線程導(dǎo)致的切換而消耗CPU

2.單進(jìn)程單線程弊端

 無法發(fā)揮多核CPU性能，不過可以通過在單機(jī)開多個(gè)Redis實(shí)例來完善； IO多路復(fù)用技術(shù)

redis 采用網(wǎng)絡(luò)IO多路復(fù)用技術(shù)來保證在多連接的時(shí)候， 系統(tǒng)的高吞吐量。

多路-指的是多個(gè)socket連接，復(fù)用-指的是復(fù)用一個(gè)線程。多路復(fù)用主要有三種技術(shù)：select，poll，epoll。epoll是最新的也是目前最好的多路復(fù)用技術(shù)。

這里“多路”指的是多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，“復(fù)用”指的是復(fù)用同一個(gè)線程。采用多路I/O復(fù)用技術(shù)可以讓單個(gè)線程高效的處理多個(gè)連接請求（盡量減少網(wǎng)絡(luò)IO的時(shí)間消耗），且Redis在內(nèi)存中操作數(shù)據(jù)的速度非常快（內(nèi)存內(nèi)的操作不會(huì)成為這里的性能瓶頸），主要以上兩點(diǎn)造就了Redis具有很高的吞吐量。

Redis高并發(fā)快總結(jié)

1. Redis是純內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，一般都是簡單的存取操作，線程占用的時(shí)間很多，時(shí)間的花費(fèi)主要集中在IO上，所以讀取速度快。

2. 再說一下IO，Redis使用的是非阻塞IO，IO多路復(fù)用，使用了單線程來輪詢描述符，將數(shù)據(jù)庫的開、關(guān)、讀、寫都轉(zhuǎn)換成了事件，減少了線程切換時(shí)上下文的切換和競爭。

3. Redis采用了單線程的模型，保證了每個(gè)操作的原子性，也減少了線程的上下文切換和競爭。

4. 另外，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也幫了不少忙，Redis全程使用hash結(jié)構(gòu)，讀取速度快，還有一些特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行了優(yōu)化，如壓縮表，對短數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)，再如，跳表，使用有序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加快讀取的速度。

5. 還有一點(diǎn)，Redis采用自己實(shí)現(xiàn)的事件分離器，效率比較高，內(nèi)部采用非阻塞的執(zhí)行方式，吞吐能力比較大。

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