Redis速度為什麼快

Redis是一種基於鍵值對(Key-Value)的NoSQL資料庫，Redis的Value可以由String，hash，list，set，zset，Bitmaps，HyperLogLog等多種資料結構和演算法組成。 Redis具備多項功能，如鍵過期、發布訂閱、事務、Lua腳本、哨兵、Cluster等。

根據官方提供的效能數據，Redis能夠以非常快的速度執行指令，其QPS可以達到10萬以上。那麼本文主要介紹到底Redis快在哪裡，主要有以下幾點：

一、開發語言

現在我們都用高階語言來編程，例如Java、 python等。也許你會覺得C語言很古老，但它真的很有用，畢竟unix系統就是用C實現的，所以C語言是非常貼近作業系統的語言。 Redis就是用C語言開發的，所以執行會比較快。

再補充一點，學生應該專注於學習C語言，因為它有助於更好地理解電腦作業系統。別覺得學了高級語言就可以不用關注底層，欠的債總歸要還的。此處推薦一本比較難啃的書《深入理解計算系統》。

二、純記憶體存取

Redis使用記憶體儲存所有數據，因此在正常運作過程中不需要從磁碟讀取資料來進行非資料同步，因此IO次數為0。記憶體反應時間大約為100奈秒，這是Redis速度快的重要基礎。先看看CPU的速度：

以我的電腦為例，它的主頻是3.1G，表示它可以每秒執行31億個指令。 CPU的世界觀處理速度非常緩慢，相較之下，記憶體較慢100倍，磁碟更慢1000000倍，你認為這算快嗎？

借了一張《深入理解電腦系統》的圖，展示了一個典型的記憶體層次結構，在L0層，CPU可以在一個時脈週期存取到，基於SRAM的高速緩存春續期，可以在幾個CPU時鐘週期中存取到，然後是基於DRAM的主存，可以在幾十到幾百個時脈週期中存取到他們。

三、單執行緒

單執行緒可以簡化演算法的實現，但是實現並發的資料結構不僅困難而且測試也很麻煩。在服務端開發中，鎖和執行緒切換通常是效能殺手，使用單執行緒可以避免它們帶來的消耗。當然了，單線也會有它的缺點，也是Redis的惡夢：阻塞。如果執行一個指令太長，那麼會造成其他指令的阻塞，對於Redis是十分致命的，所以Redis是面向快速執行場景的資料庫。

除了Redis之外，Node.js也是單線程，Nginx也是單線程，但他們都是伺服器高效能的典範。

四、非阻塞多路I/O復用機制

在這之前先要說一下傳統的阻塞I/O是如何運作的：當使用read或write對某一文件描述符（File Descriptor FD）進行讀寫的時候，如果資料沒有收到，那麼該執行緒就會被掛起，直到收到資料。

阻塞模型雖然容易理解，但是在需要處理多個客戶端任務的時候，不會使用阻塞模型。

I/O多路復用其實是指多個連線的管理可以在同一進程。多路是指網路連接，復用只是同一個線程。在網路服務中，I/O多路復用起的作用是一次把多個連接的事件通知業務代碼處理，處理的方式由業務代碼來決定。

在I/O多工模型中，最重要的函數呼叫就是I/O 多重化函數，該方法能同時監控多個檔案描述子（fd）的讀寫情況，當其中的某些fd可讀/寫入時，此方法就會傳回可讀/寫的fd個數。

Redis使用epoll作為I/O多路復用技術的實現，再加上Redis自身的事件處理模型將epoll的read、write、close等都轉換成事件，不在網路I/O上浪費過多的時間。實現對多個FD讀寫的監控，提高效能。

舉個形象的例子吧。例如一個tcp伺服器處理20個客戶端socket。

A方案：順序處理，如果第一個socket因為網卡讀取資料處理慢了，一阻塞後面都玩蛋去。

B方案：每個socket請求都創建一個分身子進程來處理，不說每個進程消耗大量系統資源，光是進程切換就夠操作系統累的了。

C方案（I/O重複使用模型，epoll）：將使用者socket對應的fd註冊進epoll（實際上伺服器和作業系統之間傳遞的不是socket的fd而是fd_set的資料結構），然後epoll只告訴哪些需要讀/寫的socket，只需要處理那些活躍的、有變化的socket fd的就好了。

這樣，整個過程只會在呼叫epoll的時候才會阻塞，收發客戶訊息是不會阻塞的。

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